Концепт футуристического компьютера, в котором может использоваться «умное» стекло.
Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) в составе межвузовского научного коллектива достигли значительного прорыва, разработав технологию, которая позволяет существенно ускорить и сократить стоимость производства «умного» стекла. Этот инновационный материал критически важен для создания высокоэффективных энергосберегающих окон и скоростных оптических компьютеров будущего. Результаты данного исследования были опубликованы в престижном научном журнале Materials Letters.
Современная промышленность активно использует композитные материалы — соединения из двух или более компонентов, специально созданные для получения новых, улучшенных свойств. Например, силикатное стекло с наночастицами серебра является ключевым элементом для разработки фотонных компьютеров, способных обрабатывать информацию в разы быстрее существующих аналогов. Кроме того, «умное» стекло незаменимо в производстве энергоэффективного остекления и служит основой для создания передовых биосенсоров.
До недавнего времени, как отмечают специалисты из Санкт-Петербургского политехнического университета, производство такого стекла было крайне затратным, требуя значительных временных, энергетических и материальных ресурсов.
Однако теперь научная группа представила технологию, обещающую сделать процесс синтеза этих материалов значительно быстрее и экономичнее. Ключевое отличие нового метода заключается в полном исключении одного из самых дорогостоящих и трудоемких этапов — длительной термической обработки.
Предложенный инновационный подход базируется на облучении материала электронами с низкой энергией, но при этом с высокой плотностью тока. Как объясняют авторы работы, это позволяет сформировать необходимую конфигурацию наночастиц всего за одну минуту, полностью исключая потребность в последующем отжиге.
«Традиционные методы требовали продолжительного нагрева стекла с внедренным серебром до температур 550–600 °C, чтобы частицы слиплись и образовали рабочие наночастицы. Наш подход позволяет полностью исключить эту стадию, что дает возможность сократить общую стоимость производства до 30 процентов», — прокомментировала Дарья Соколова, ассистент Высшей инженерно-физической школы СПбПУ.
По ее словам, внедрение новой технологии обеспечивает значительную экономию благодаря уменьшению человеко-часов, сокращению расходов на специализированное оборудование и электроэнергию. Новый метод также кардинально сокращает время синтеза — с нескольких часов до одной минуты, что является огромным преимуществом по сравнению с альтернативными технологиями, такими как лазерная абляция или ионный обмен, которые также требуют последующего отжига.
Разработанная методика успешно прошла серию экспериментальных апробаций. Ученым удалось продемонстрировать, что, варьируя параметры электронного пучка и используя малые энергии, можно точно управлять свойствами получаемого материала, что позволяет создавать «дизайн» частиц и наночастиц под конкретные практические задачи.
На данном этапе перед исследователями стоит задача дальнейшего повышения эффективности производства композитов нового поколения, в частности систем на основе силикатного стекла и металлических наночастиц. Планируется провести детальное изучение различных конфигураций таких систем и разработать оптимальные методы для их успешного внедрения в массовое производство.
В работе над этим значимым исследованием также принимали участие высококвалифицированные специалисты из Московского государственного университета (МГУ) и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе.
