В России придумали, как управлять свойствами керамики

Неизвестный ранее физический эффект, существенно повышающий возможности управления свойствами керамики, обнаружен учеными Томского политехнического университета (ТПУ). Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых видов керамики с улучшенными эксплуатационными свойствами, считают его авторы. Работа опубликована в Nuclear Instruments and Methods in Physics Research.

В процессе облучения керамики из глинозема пучками ионов с высокой энергией ученые ТПУ обнаружили, что изменение ее структурных свойств происходит на глубинах, превышающих глубину проникновения ионов. Подобное явление — так называемый эффект дальнодействия — ранее наблюдалось только при облучении металлов.

«Мы обнаружили, что структурно-фазовые изменения керамики происходят на глубинах, в сотни раз превосходящих глубину проникновения ионов. Однозначного объяснения этого эффекта до сих пор нет, ведутся горячие дискуссии», — рассказал профессор отделения контроля и диагностики ТПУ Сергей Гынгазов.

Ионная обработка, как объяснили ученые, дает возможность кардинально менять свойства приповерхностных слоев толщиной до нескольких десятков микрон, получая так называемую «градиентную керамику». При этом, как отметили специалисты ТПУ, на сегодня это единственный эффективный метод модификации характеристик керамики.

По словам исследователей, внедрение этой технологии позволит улучшить эксплуатационные показатели керамики в различных сферах применения, в первую очередь затронув промышленный катализ, а также технологии создания сложного микрорельефа и газовых сенсоров.

Как объяснили авторы, для ионного легирования неметаллов — диэлектриков и полупроводников — обычно используют малоинтенсивные ионные пучки с энергией порядка 50-80 кэВ, что требует крайне длительного времени. Ученые ТПУ используют для этого высокоинтенсивные ионы энергией 180 кэВ, что позволяет довести время обработки до нескольких секунд и менее.

«Режимы радиационной обработки, используемые нами сегодня, еще не так давно было практически невозможно реализовать. Однако благодаря бурному развитию ускорительной техники, особенно у нас в России, ситуация сильно изменилась», — сообщила одна из соавторов работы аспирантка Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Валерия Костенко.

Авторы особо подчеркнули, что успех достигнут благодаря тесному сотрудничеству с институтом ядерной физики СО РАН и передовыми отечественными разработчиками ускорительной техники, среди которых как научные группы из самого ТПУ, так и их коллеги из ИСЭ СО РАН (Томск) и ИЭ УрАН (Екатеринбург). Разработки поддержаны грантом РНФ № 17-19-01082.

Исследовательская группа намерена в дальнейшем изучить воздействие на керамику тяжелых ионов. Ученые рассчитывают, что это позволит придать ей устойчивые проводящие свойства для использования в качестве высоковольтной изоляции на ускорителях. Работы в этом направлении уже ведутся на базе Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.