Российские учёные создали «вечные» линзы для тепловизоров: прорыв в прочности и надёжности

Современные технологии безопасности, спасательные операции и даже космический мониторинг во многом зависят от возможностей инфракрасной (ИК) оптики. Простыми словами — от качества линз, которые позволяют тепловизорам «видеть» тепло предметов и живых существ в полной темноте, сквозь дым или туман. Однако главная проблема таких линз всегда заключалась в их хрупкости. Традиционные материалы — селенид цинка и германий — легко царапаются, трескаются от вибраций и мутнеют при перепадах температур, что снижает надёжность дорогостоящей техники.

Революционное решение предложили учёные Пермского Политеха (ПНИПУ) совместно с коллегами из Института химии высокочистых веществ РАН. Они разработали и исследовали новый тип стеклокристаллического материала, который по своим характеристикам значительно превосходит существующие аналоги. Результаты работы опубликованы в авторитетном журнале «Journal of the American Ceramic Society».

В чём суть разработки?

Исследователи взяли за основу халькогенидное стекло (из галлия, германия и селена) и с помощью добавки иодида цезия вырастили внутри него множество микроскопических кристаллов селенида галлия. Эти кристаллы действуют как арматура в бетоне: они останавливают рост трещин и делают материал исключительно прочным.

Ключевой особенностью технологии стало то, что учёным удалось добиться уникального баланса. Объёмная доля кристаллов в материале достигает более 50%, что критически важно для механической прочности. При этом, благодаря точному подбору состава, материал сохраняет прозрачность в инфракрасном диапазоне — кристаллы не рассеивают тепловое излучение, как это происходило в предыдущих экспериментах.

Цифры, которые говорят сами за себя

Проведённые испытания подтвердили значительное превосходство новой стеклокерамики:

• Твёрдость: Материал оказался в 2,5 раза твёрже, чем популярный селенид цинка (показатель микротвердости достиг 18,80 МПа).

• Трещиностойкость: Устойчивость к распространению трещин в 1,5 раза выше, чем у обычных халькогенидных стёкол.

• Термостойкость: Коэффициент температурного расширения снижен на 20-25% по сравнению со стандартными стёклами. Это означает, что линзы будут значительно меньше подвержены растрескиванию при резких перепадах температур — от лютого холода до сильной жары.

Где это пригодится?

Повышенная прочность и устойчивость к внешним воздействиям открывают широчайшие перспективы для применения новой оптики:

• В аварийно-спасательных службах: Тепловизоры спасателей станут неуязвимы к ударам и падениям при работе под завалами, обеспечивая чёткую картинку даже в экстремальных условиях.

• В космической отрасли: Аппаратура спутников для мониторинга пожаров и климата получит более долговечные «глаза», способные выдерживать вибрации при запуске и жёсткое космическое излучение.

• В системах безопасности и на производстве: Приборы ночного видения, датчики для обнаружения утечек газа или перегрева оборудования на линиях электропередач (что особенно актуально для энергетиков) станут более надёжными и долговечными.

Что это значит для потребителя?
Разработка российских учёных — это шаг к созданию более доступной и, главное, надёжной тепловизионной техники. Линзы из нового материала позволят устройствам дольше сохранять свои свойства, реже выходить из строя и работать там, где раньше оптика была самым уязвимым звеном. Сейчас перед исследователями стоит следующая задача — уменьшить размер кристаллов для дальнейшего улучшения оптических характеристик, чтобы приблизить прозрачность материала к идеалу.