Концепт использования «умного» стекла в технологиях будущего.
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) в сотрудничестве с другими научными учреждениями добились значительного прорыва в производстве «умного» стекла. Им удалось существенно ускорить и удешевить процесс создания этого инновационного материала, который критически важен для разработки энергосберегающих окон и высокоскоростных оптических компьютеров будущего. Результаты их исследования были опубликованы в престижном журнале Materials Letters.
Перспективы «умного» стекла
Композитные материалы, состоящие из нескольких компонентов для достижения уникальных свойств, играют ключевую роль в современной индустрии. В частности, силикатное стекло, обогащенное серебряными наночастицами, является основой для фотонных компьютеров нового поколения, способных значительно превзойти по скорости традиционные электронные устройства. Кроме того, «умное» стекло находит применение в энергоэффективных стеклопакетах и в качестве подложек для биосенсоров.
Тем не менее, ранее используемые технологии производства таких стекол отличались высокой ресурсоемкостью, требовали значительных временных и энергетических затрат, как отметили представители СПбПУ.
Инновационная технология производства
Разработанный учеными СПбПУ в рамках коллективного исследования метод позволяет синтезировать эти материалы значительно быстрее и экономичнее. Ключевое отличие новой технологии заключается в исключении дорогостоящего и длительного этапа термообработки, присутствующего в традиционных процессах.
Предложенная методика основана на кратковременном облучении материала электронами с низкой энергией, но высокой плотностью тока. Такой подход позволяет сформировать необходимую структуру наночастиц всего за одну минуту, исключая потребность в последующем отжиге.
Как пояснила Дарья Соколова, ассистент Высшей инженерно-физической школы СПбПУ, традиционные методы требуют продолжительного нагрева стекла с серебром до 550–600 °C для формирования функциональных наночастиц. Новый же подход полностью исключает эту стадию, что приводит к экономии до 30% от общей стоимости производства. Внедрение данной технологии также значительно сокращает трудозатраты, расходы на оборудование и электроэнергию. Время синтеза материала уменьшается с нескольких часов до всего лишь 60 секунд по сравнению с такими альтернативными методами, как лазерная абляция или ионный обмен, которые также требуют последующего отжига.
Управление свойствами материала и планы на будущее
Эффективность нового метода была подтверждена серией экспериментальных исследований. Ученые продемонстрировали возможность точного контроля над свойствами получаемого материала, изменяя параметры электронного пучка и его энергию. Это позволяет целенаправленно создавать частицы и наночастицы с заданными характеристиками для различных практических применений.
Следующим этапом работы является дальнейшее совершенствование производственных процессов для нового поколения композитов «силикатное стекло – металлические наночастицы». Исследователи планируют изучить различные системные конфигурации и методы, чтобы оптимизировать технологию для массового производства.
В данном научном проекте также участвовали специалисты из Московского государственного университета (МГУ) и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе.
