Международная команда ученых, в которую вошли материаловеды Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), предложила новый состав керамических элементов (Ho3+:Y2O3–MgO) для лазерных систем, безопасных для глаз человека. Образцы уже синтезировали по специальной технологии в лаборатории ДВФУ. Лазеры, для которых может применяться эта технология, распространены во многих областях человеческой деятельности, от автомобильной промышленности до медицины и космоса. Статья об этом опубликована в Ceramics International.
Лазеры с длиной волны излучения 2-6 микрометров можно применять максимально широко: от медицины до промышленности и космоса. Однако для их работы необходимы материалы с высокой степенью теплопроводности и подходящими механическими и оптическими характеристиками.
Новая лазерная керамика Ho3+:Y2O3–MgO создана при использовании нанопорошков оксида иттрия с добавкой гольмия (Ho3+:Y2O3) и оксида магния (MgO). В результате получился очень плотный материал, в котором практически отсутствует пористость, а средний размер зерна всего 200 нанометров. Благодаря этому керамика пропускает более 75% света в инфракрасном диапазоне при длине волны от 2 до 6 микрометров. Материал обладает высокой микротвердостью 10.7 ГПа, устойчив к высоким температурам, возникающим при работе лазеров.
Ранее ученые ДВФУ уже изучили ключевые аспекты технологии формирования керамических нанокомпозитов на основе Y2O3–MgO. Статья на эту тему опубликована в начале 2020 года.
«В новой статье мы демонстрируем возможность создавать активную лазерную среду на основе уже ранее разработанной нами нанокомпозитной керамической матрицы. Задачей было выбрать для матрицы легирующий ион — в данном случае гольмий — и определить его оптимально содержание, а также протестировать характеристики новых ИК-прозрачных композитов для потенциальных лазерных применений. Лазер на основе новой керамики безопасен для зрения человека, что открывает многие сферы для его приложения: от парктроников до 3D-моделирования местности. Кроме того, возможность добавлять гольмий в керамическую матрицу в достаточно высокой концентрации (до 12 процентов) в перспективе позволяет говорить о том, что размер лазерного элемента и всей установки можно миниатюризировать без потери мощности излучения. Наша работа – первая в данном направления керамического материаловедения», — директор Научно-образовательного центра «Передовые керамические материалы» департамента промышленной безопасности Политехнического института ДВФУ объясняет Денис Косьянов.
Нанокомпозит с такими характеристиками получили методами совместного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) нанопорошков оксида иттрия с добавкой гольмия Ho3+:Y2O3 и оксида магния MgO, и их последующего искрового плазменного спекания (ИПС) в течение всего 5 минут при температуре 1300°C и внешнем давлении 30 МПа. Этот способ высокоскоростной консолидации активно разрабатывается ДВФУ и Институтом химии ДВО РАН.
В работе приняли участие специалисты ДВФУ, Института химии (ДВО РАН), Института монокристаллов НАНУ (Украина), Пражского университета (Чехия) и Национального института лазерной, плазменной и радиационной физики (Румыния).
Направление Material Science, включающее исследования в области новых технологий и материалов, определено в Дальневосточном федеральном университете как одно из приоритетных и ориентировано на решения принципиально новых научно-технологических задач, которые находятся на переднем крае современной науки. Исследования в области материаловедения являются важным аспектом в реализации стратегической цели по развитию университета как лидера в научно-образовательный и технологической деятельности на российском Дальнем Востоке, центра трансфера технологий и инновационной в Азиатско-Тихоокеанском регионе.