Ученые в шесть раз ускорили производство кварцевого стекла для интернет-передачи
Сегодня мировую связь, от интернета до телевидения, обеспечивают оптоволоконные кабели на основе сверхчистого кварцевого стекла. Этот прочный и термостойкий материал незаменим в космической индустрии и микроэлектронике, а его современное производство по золь-гель технологии требует энергоемкой термообработки свыше 1000 градусов Цельсия, что увеличивает себестоимость. Ученые Пермского Политеха разработали методику, сокращающую время этой стадии в шесть раз и снижающую энергозатраты примерно на 80%, что ускорит производство и повысит его эффективность.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Кварцевое стекло обладает уникальными свойствами: термостойкость, прозрачность и прочность. Благодаря этому оно используется для самых передовых технологий: микроэлектроники, светотехники, оптики, медицинского и вакуумного оборудования, изготовления лазеров, усилителей, датчиков и навигационных устройств. Особенно востребован этот материал для оптоволоконных линий связи, благодаря которым работает интернет и телевидение. Российский рынок кварцевого стекла по прогнозам в 2025 году достигнет более 7,6 миллиарда рублей, а к 2031 году при среднегодовом темпе роста примерно в 5% увеличится до более чем 10 миллиардов. При этом его стоимость варьируется от 34 379 до 182 209 рублей за тонну, а цена высокочистого синтетического кварцевого стекла может достигать 450 000 рублей за килограмм.
Этот уникальный и дорогостоящий материал производят по золь-гель технологии. За основу берется жидкий раствор (золь), который содержит соединения кремния, катализатор (кислоту или аммиак) и растворитель, например, этиловый спирт. Этот гель высушивают и прокаливают, в результате чего образуется твердый чистый диоксид кремния — это и есть сырьевая основа для кварцевого стекла. Затем ее плавят в специальных печах при температуре около 1800°C). Это нужно, чтобы получить материал исключительной химической чистоты, с минимальным содержанием пузырьков и примесей. Такая термическая обработка длится более 60 часов без перерыва и требует колоссальных энергозатрат. Например, одна плавка партии массой 100 кг потребляет около 3500–4000 кВт·ч электроэнергии. При этом любое отклонение в режиме, скачок температуры, приводит к браку. Поэтому, чтобы не понести серьезные потери ресурсов, перед производителями стоит задача сократить время и затраты на изготовление.
Чем больше неровностей и «пузырьков» в исходном геле, тем дольше будет длиться термообработка до полного избавления стекла от дефектов. Поэтому ученые Пермского Политеха и ПНППК провели эксперименты и определили, как можно обеспечить нужные свойства геля еще на стадии его «приготовления». Это позволит сократить время обжига материала, на который требуется много энергии, а соответственно – и уменьшить трату ресурсов.
– В ходе эксперимента мы меняли тип катализатора, количество воды и добавляли или убирали растворитель — этиловый спирт. Чтобы после высушивания материал имел меньше внутренних дефектов и пор, его необходимо превращать в гель медленно и равномерно. Как показали результаты, достичь этого позволяет использование очень малого количества водного аммиака – менее 0,1% от массы, – и добавления этилового спирта в исходную смесь, – комментирует Александр Возяков, начальник бюро новых разработок ПАО «ПНППК».
– В результате частицы диоксида кремния получаются более прозрачными и с меньшим количеством внутренних трещин, поэтому не нуждаются в столь длительной обработке. Так, подбор идеальных пропорций позволил сократить время термообработки готового геля при температуре 1200 °C с 60 до 10 часов. Качество конечного продукта при этом имело те же показатели плотности и пористости, что и после 60 часов обжига, – рассказывает Светлана Порозова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук.
Эксперименты ученых ПНИПУ и ПНППК по изготовлению кварцевого стекла, тщательное наблюдение за изменением состава материала и его структурой позволили выявить оптимальное содержание аммиака и прочих компонентов, которое обеспечивает нужную структуру материала еще на этапе «приготовления». Это помогает снизить временные затраты на термообработку в шесть раз и энергетические (примерно 80%) – на производство кварцевого стекла в целом.
Результаты исследования будут полезны там, где активно применяется кварцевое стекло – в электронике, микроэлектронике, телекоммуникации для создания более мощных волокон интернет-кабелей, оптике и лазерной технике, а также в современных навигационных системах.
Telegram 
Дзен 
VK Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Римская империя господствовала в Британии на протяжении приблизительно четырех веков. За это время римляне сильно повлияли на местное население: строили города, внедряли новые законы, развивали торговлю и меняли образ жизни. Однако авторы нового исследования выяснили, что вопреки распространенному мнению, генетический вклад как римлян, так и викингов в население Британских островов был на удивление слабым. Гораздо большее влияние на происхождение современных британцев оказали более поздние миграции англосаксов.
Вопрос формирования первых континентов на Земле до сих пор вызывает научные дискуссии. Исследование состава древнейших известных минералов, сохранившихся в архейских магматических горных породах Австралии, стало новым подтверждением того, что континенты появились в результате субдукции 3,5 миллиарда лет назад.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно