Научное сообщество с затаённым интересом наблюдает за событиями, происходящими в лабораториях Дальневосточного федерального университета (ДВФУ). Совместно с Институтом химии ДВО РАН, Институтом монокристаллов НАНУ (Украина) и Шанхайским институтом керамики КАН (КНР), команда учёных под руководством Дениса Косьянова совершила прорыв, способный изменить вектор развития аэрокосмической промышленности. Результат их трудов — загадочная нанокомпозитная керамика на основе оксидов иттрия и магния с уникальными свойствами, не имеющими аналогов среди современных материалов.
Неожиданная структура: «шахматная» архитектура на наноуровне
Созданный материал отличается необычной, почти мистической «шахматной» наноструктурой — два типа наночастиц, Y2O3 и MgO, распределены равномерно и попеременно в объёме керамики. Их размер — всего 250 нанометров, что в 400 раз меньше толщины человеческого волоса. Такое распределение позволяет добиться прозрачности более 70% в инфракрасном диапазоне длин волн до 6000 нм — эффект практически недостижимый для традиционной керамики.
Сплав прочности и оптики: материал для нового поколения техники
В механическом плане это не просто материал, а арена для борьбы экстремальных свойств: микротвердость, превышающая 11 ГПа, сочетается с жаростойкостью и повышенной теплопроводностью. Вся эта мощь заключена внутри прозрачной конструкции, способной выдерживать и тепло, и давление экстремальных условий эксплуатации в авиации и космосе. Благодаря размеру зерен и их изоляции друг от друга новая керамика легко опережает по характеристикам однофазные коммерческие аналоги, уступая лишь собственной стоимости разработки и технологическим нюансам изготовления.
Алхимия XXI века: как удалось создать новый материал
В основе инновации — сложнейший синтез, основанный на глицин-нитратной реакции с избытком глицина. Едва ли обычный наблюдатель может представить себе этот контролируемый хаос: при взаимодействии глицина и азотной кислоты в реакторе мгновенно появляются тысячи крошечных ядер будущих кристаллов. Столбы газа выталкивают частицы друг от друга, не давая им сливаться и склеиваться, а равномерное распределение поддерживается даже на стадии охлаждения.
И всё это — ради того, чтобы в ходе дальнейшего плазменного спекания вещества между собой не смешались и не потеряли наноструктурную упорядоченность. Искровое плазменное спекание при температуре 1 300°C и давлении 60 МПа длилось всего 8 минут — чрезвычайно мало по меркам привычной керамической обработки, однако именно это помогло избежать укрупнения зёрен выше критического для композитов (~400 нм).
Испытание идей на реальности: инженеры против ограничений
Путь создания этого материала прошёл по острию бритвы между случайностью и расчётом: учёным необходимо было не просто смешать порошки, но обеспечить правильные точки контакта на микроскопическом уровне. Лишь благодаря избытку глицина в химических реакциях и особо точному контролю во время прессования и спекания удалось подавить агрегацию зёрен и добиться плотности, близкой к идеальной. Любой промах мог обернуться катастрофой — агломерация наночастиц моментально бы разрушила каждую попытку получить столь же уникальный материал.
Возможности вне фантастики: шаг к космосу и микроэлектронике
Прозрачность в ИК-спектре при потрясающей прочности — критическая потребность для создания инфракрасных окон высокоточного оборудования, оптики аэрокосмической техники, комплектующих лазерных систем. Но у разработанного материала ещё один, неочевидный потенциал: он может стать основой для новых композитов в сфере микроэлектроники, светотехники, радиохимии, где одновременно требуется высокая механическая прочность, теплоотвод и работоспособность в экстремальных средах.
Уже сегодня на базе ДВФУ и его партнёров работает исследовательский центр, где ведутся работы по созданию новых материалов для виртуальной и дополненной реальности, а также лаборатории по проекту «Материалы». Всюду, где человеческие технологии буквально упираются в верхнюю планку физических возможностей природных веществ, результаты труда Дениса Косьянова и его команды открывают пути для эволюционного рывка.
Новая эпоха материалов: кто стоит впереди?
Едва ли кто-то ожидал, что именно консорциум с участием Дальневосточного федерального университета и Института химии ДВО РАН окажется на передовой гонки новых материалов для космоса. Но сегодня эта команда задаёт тренды для всей научной отрасли, и другие лаборатории только пытаются повторить их результаты. От тайных аспектов синтеза до феноменальных характеристик готового изделия — каждый этап становится предметом обсуждения в узких кругах. Мотивация, настойчивость и научный азарт Дениса Косьянова и его единомышленников влечет к новым открытиям. Осталось только ждать, на какие еще технологические горизонты устремится это смелое научное братство.
Источник: scientificrussia.ru
