قام علماء من جامعة بيرم بوليتكنيك، بالتعاون مع زملاء من معهد كيمياء المواد عالية النقاء التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، بتطوير مادة بلورية زجاجية جديدة لبصريات الأشعة تحت الحمراء. إنها أصعب بمقدار 2.5 مرة وأكثر مقاومة للتشقق بمقدار 1.5 مرة من نظائرها المستخدمة اليوم. تم إبلاغ Gazeta.Ru بهذا من خلال الخدمة الصحفية للمؤسسة التعليمية.
تعد البصريات بالأشعة تحت الحمراء أساس الكاميرات الحرارية وأجهزة الرؤية الليلية والتلسكوبات الفضائية. مثل هذه الأجهزة “لا ترى” الضوء، بل الإشعاع الحراري. وبمساعدتهم، يعثر رجال الإنقاذ على أشخاص تحت الأنقاض، ويكتشف الأطباء العدوى، ويكتشف عمال الطاقة تسرب الغاز، وتسجل الأقمار الصناعية حرائق الغابات وتتتبع الكويكبات.
واليوم، تُصنع عدسات مناظير الأشعة تحت الحمراء من سيلينيد الزنك والجرمانيوم. تنقل هذه المواد الأشعة الحرارية بشكل جيد ولكنها هشة للغاية. تؤدي الاهتزازات وتغيرات درجات الحرارة وحتى الغبار إلى حدوث شقوق صغيرة وقشور. كما يفقد الجرمانيوم شفافيته عند تسخينه.
واعتبرت نظارات الكالكوجينيد بديلا، ولكنها في شكلها النقي لم تكن قوية بما فيه الكفاية. وميزة الزجاج هي أنه يمكن تعديل هيكله – على سبيل المثال، يمكن تشكيل بلورات دقيقة في الداخل، مما يعزز المادة.
ابتكر الباحثون الروس سيراميكًا زجاجيًا يعتمد على زجاج الكالكوجينيد (الجاليوم والجرمانيوم والسيلينيوم) مع إضافة يوديد السيزيوم. تتشكل بلورات سيلينيد الغاليوم الدقيقة داخل المادة، وتعمل بمثابة “شبكة تقوية”.
يوضح رومان بلاجين، وهو باحث مبتدئ في معهد الفيزياء الكيميائية التابع لأكاديمية العلوم الروسية: “لقد حققنا نسبة حجم بلوري تزيد عن 50%. وهي تمنع الشقوق من الانتشار، مثل تقوية الفولاذ في الخرسانة. وفي الوقت نفسه، يظل يوديد السيزيوم شفافًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء ويساعد في التحكم في عملية التبلور”.
في المجموع، قام العلماء بتجميع 11 مستحضرًا بمحتوى إضافي مختلف – من 0 إلى 26.7٪. تم اختبار العينات للتأكد من الصلابة الدقيقة (طريقة فيكرز)، ومقاومة التشققات، ومقاومة التآكل بالإضافة إلى التحليل الهيكلي بواسطة حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني.
وفقًا لمكسيم بولاتوف، الأستاذ المشارك في قسم الفيزياء العامة في PNRPU، يُظهر التركيب الأمثل صلابة دقيقة تبلغ حوالي 18.8 ميجا باسكال – أعلى بـ 2.5 مرة من سيلينيد الزنك. تصل مقاومة التشقق إلى 0.76 ميجاباسكال للمتر المربع، أي أعلى بنسبة 50% من زجاج الكالكوجينيد التقليدي. بالإضافة إلى ذلك، فإن معامل التمدد الحراري أقل بنسبة 20-25%، مما يقلل من خطر التلف بسبب التغيرات في درجات الحرارة.
تُظهر المادة المُطوَّرة نتائج واعدة لإنتاج عدسات مقاومة للاهتزاز والحرارة والتآكل. وهذا يمكن أن يزيد من موثوقية الكاميرات الحرارية في عمليات الإنقاذ، ويزيد من عمر المعدات الفضائية، ويضمن التشغيل المستقر لمعدات الرؤية الليلية في الظروف القاسية.