В России удешевили производство «умного» стекла

Дзен

Ускорить и удешевить производство «умного» стекла, необходимого для создания энергосберегающих окон, а также быстрых оптических компьютеров будущего, смогли ученые СПбПУ в составе научного коллектива. Результаты опубликованы в журнале Materials Letters.

Современные материалы, созданные из двух или более разных компонентов для получения новых свойств (композиты), очень востребованы в современной промышленности. К примеру, силикатное стекло с серебряными наночастицами может использоваться для создания фотонных компьютеров будущего, которые смогут работать во много раз быстрее обычных. «Умное» стекло также востребовано в производстве энергоэффективного остекления и платформ для биосенсоров.

Однако существующие методы его получения требуют больших затрат времени, энергии и ресурсов, рассказали в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ).

Ученые вуза в составе научной группы разработали технологию, которая, по их словам, позволяет синтезировать такие материалы быстрее и дешевле. В отличие от аналогов, новый метод исключает один из самых затратных этапов — длительную термообработку.

Предложенный подход основан на облучении материала электронами с малой энергией, но большой плотностью тока. Это позволяет за одну минуту сформировать нужную конфигурацию наночастиц без последующего отжига, объяснили авторы исследования.

«Обычные способы подразумевают, что после введения серебра в стекло требуется длительный нагрев при температурах 550–600 °C, чтобы частицы серебра слиплись в рабочие наночастицы. Наш подход позволяет исключить эту стадию, экономя до 30 процентов от общей стоимости производства», — рассказала ассистент Высшей инженерно-физической школы СПбПУ Дарья Соколова.

По ее словам, при внедрении технологии экономия затрат достигается за счет сокращения человеко-часов, расходов на оборудование и электроэнергию. Новый способ также сокращает время синтеза с нескольких часов до 60 секунд в сравнении с альтернативными методами лазерной абляции или ионного обмена, требующими последующего отжига.

Метод был апробирован в ходе серии экспериментов. Ученым удалось показать, что, используя малые энергии и варьируя остальные параметры электронного пучка, можно управлять свойствами получаемого материала, создавая «дизайн» частиц и наночастиц под конкретные практические задачи.

На данном этапе перед учеными стоит задача повышения эффективности производства композитов нового поколения системы «силикатное стекло – металлические наночастицы». Это планируется сделать за счет исследования различных конфигураций систем и методов для внедрения в массовое производство.

В исследовании также принимали участие специалисты МГУ и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе.