Ученые из Дальневосточного федерального университета вместе с российскими и украинскими коллегами создали керамический материал на основе оксидов иттрия и магния с «шахматной» структурой, средним размером зерна 250 нм и микротвердостью более 11 ГПа. Он пропускает более 70% света в инфракрасном диапазоне.

Работа исследователей опубликована в журнале Ceramics International.

Такие уникальные оптические свойства новому материалу придает субмикронный размер зерен и равномерное их распределение в объеме. Кроме того, созданная российскими учеными керамика оказалась жаропрочной, твердой и хорошо проводящей тепло. По этим параметрам новый материал превосходит все однофазные коммерческие аналоги Y₂O₃ и MgO.

«Чтобы создать нанокерамику с “шахматной” структурой, наши коллеги решили непростую технологическую задачу: они смогли равномерно распределить точки контакта частиц оксидов иттрия и магния. Получить новый материал удалось с помощью довольно простого метода самораспространяющегося глицин-нитратного синтеза. Использование реакционных систем с избытком глицина позволило создать большое количество нуклеационных центров и получить множество частиц практически одинакового размера», — рассказал руководитель исследовательской команды из ДВФУ, старший научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ Денис Косьянов.

Материал изготовлен из нанопорошков оксидов иттрия и магния с контролируемым размером частиц. В ходе синтеза исходные вещества уплотнили с помощью искрового плазменного спекания. Этот метод позволяет подавить диффузионный масcоперенос, тем самым подавив рост размера зерен выше критического значения в 400 нм.

По словам авторов работы, керамические нанокомпозиты Y₂O₃−MgO относительно недавно нашли применение в качестве перспективных материалов с высокой механической и термоустойчивостью для работы в инфракрасном диапазоне длин волн.

Созданная исследователями керамика обладает “шахматной” структурой, в которой объемы фаз одинаковы, средний размер зерен равен 250 нм, а микротвердость более 11 ГПа — в 10 раз больше самой твердой фазы чугуна. При этом оптическая «прозрачность» керамики при длине волны 6000 нм (ИК-диапазон) составляет более 70%.