Пермские ученые выяснили, как термическая обработка влияет на свойства кварцевого стекла
Кварцевое стекло — уникальный материал, сочетающий высокую прозрачность в широком диапазоне спектра (от ультрафиолетового до инфракрасного), чистоту материала, прочность, устойчивость к экстремальным температурам, лазерному излучению и радиации. Благодаря этому кварцевое стекло применяют в аэрокосмической промышленности, оптике и оптоэлектронике, фотонике и лазерных технологиях, солнечной энергетике, медицине и биотехнологиях. Перспективный способ его изготовления — золь-гель технология, которая заключается в создании материала из жидких растворов, превращении в ксерогель и последующей термической обработке. Но поведение геля при повышении температуры недостаточно изучено. Ученые Пермского Политеха провели эксперименты и выяснили, как оно влияет на изменения в структуре конечного продукта. Результаты исследований позволят оптимизировать процесс производства высококачественных изделий из кварцевого стекла.
Исследование опубликовано в сборнике материалов XIII Всероссийской конференции с международным участием «Химия твёрдого тела и функциональные материалы – 2024». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
По сравнению с традиционными способами золь-гель-метод требует меньше энергии. Также в процессе не образуются такие вредные вещества, как хлорсодержащие соединения, что делает его более экологичным и безопасным. Технология подразумевает создание раствора (золя) из мельчайших частиц диоксида кремния (SiO₂). Он загустевает и становится ксерогелем, который высушивают до состояния порошка и подвергают термической обработке, а затем плавят для получения нужных характеристик. Все это позволяет контролировать свойства материала на каждом этапе.
Термическая обработка – это критически важный этап в золь-гель технологии. От того, насколько качественно она проведена, зависят физические, химические и механические свойства получаемого кварцевого стекла. На сегодняшний день изменения ксерогеля в процессе недостаточно изучены. Даже небольшие отклонения во время нагрева могут сильно повлиять на свойства мелких частиц и в итоге вызвать появление пузырьков или неоднородностей в стекле. Это критично, например, для применения в оптике, электронике и фотонике, где требуется материал с минимальным количеством примесей.
Ученые Пермского Политеха изучили, как в процессе термической обработки меняется ксерогель, полученный по золь-гель технологии. Такие исследования ранее не проводились. Для определения результатов использовали специальный анализатор «Nova 1200e».
– Мы повышали температуру нагрева материала постепенно, начиная с 300 °C до 1200 °C, и на каждом этапе детально изучали, как трансформируются его свойства. Удельная поверхность ксерогеля в процессе термической обработки сократилась с 848 м2/г при 300 °С до 2,53 м2/г при 1200 °С, что говорит о значительном уплотнении. Очень активно поры начинают закрываться после 900 °C, соответственно особое внимание следует уделять диапазону 900–1200 °C. Для качественного, прочного и прозрачного стекла все поры должны быть закрыты, – комментирует Иван Ряпосов, доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Полученные результаты позволят оптимизировать процесс термической обработки ксерогеля, что улучшит свойства кварцевого стекла, получаемого по золь-гель технологии. Исследования ученых Пермского Политеха пригодятся для применения в электронике, медицине, биотехнологии и химической промышленности. Материал находит активное применение в производстве линз, оптических волокон, ламп, УФ-излучателей, защитных покрытий и многом другом.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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