Нижегородские ученые создали модель для диагностики керамики нового поколения для космической оптики

Исследовательский коллектив Национального исследовательского Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского совместно со специалистами Института химии высокочистых веществ Российской академии наук разработал метод расчета фундаментальных оптических параметров двухфазных керамических композитов на основе оксидов иттрия и магния. Как сообщили ТАСС в пресс-службе ННГУ, эти материалы обладают исключительной механической прочностью и термостойкостью, что открывает перспективы их применения в производстве инфракрасной оптики, предназначенной для работы в жестких условиях — от высокотемпературных промышленных процессов до аэрокосмических аппаратов. Работа ведется в рамках лаборатории оптических керамических материалов химического факультета, созданной в 2021 году при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030».

Кандидат химических наук Дмитрий Пермин, заведующий этой лабораторией и автор разработки, пояснил, что ранее коллектив уже предложил метод синтеза перспективного композита, способного конкурировать с лучшими традиционными оптическими материалами. Его ключевое преимущество — сохранение рабочих характеристик при нагреве до высоких температур, что критически важно для авиационной и космической техники. Если иллюминаторы или линзы датчиков мутнеют из-за теплового воздействия, навигационные и корректировочные системы теряют способность «видеть», а значит, судно или аппарат лишаются ориентации в пространстве. Новая керамика призвана решить эту проблему.

Двухфазные композиты, например системы Y₂O₃–MgO, становятся прозрачными в инфракрасном диапазоне лишь при условии, что размер кристаллических зерен обоих компонентов оказывается меньше длины волны проходящего излучения. Однако на практике прозрачность зависит не только от размера зерен, но и от наличия пор, дефектов упаковки и межфазных границ. Для управления этими параметрами при производстве необходимо точно знать количественную связь между микроструктурой и оптическими потерями. Разработанный нижегородскими учеными метод как раз позволяет диагностировать структуру композита и предсказывать его предельную светопропускную способность.

Особенность нового подхода в том, что он учитывает интерференционные эффекты, возникающие при рассеянии света на сложной системе взаимосвязанных зерен, — в отличие от классических теорий, таких как теория Ми, которые рассматривают рассеивающие центры изолированно. Благодаря этому исследователи получили возможность решать две взаимодополняющие задачи: по известным параметрам микроструктуры (размер зерен, пористость) рассчитывать ожидаемые оптические потери, и наоборот — по экспериментальным спектрам ИК-пропускания судить о качестве и однородности материала. Как подчеркнул Дмитрий Пермин, разработанная методика является универсальной и может быть адаптирована для оценки других оптических керамик и композитов со сходной морфологией, что делает ее ценным инструментом для материаловедов и технологов, работающих над созданием оптики нового поколения.