9 сентября 2025 года
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) в сотрудничестве с другими научными коллективами объявили о значительном прорыве в производстве «умного» стекла. Разработанная ими технология позволяет не только ускорить, но и существенно удешевить процесс создания этого инновационного материала, который критически важен для энергосберегающих окон и высокопроизводительных оптических компьютеров будущего. Результаты их исследования были опубликованы в научном журнале Materials Letters.
Композитные материалы, состоящие из двух или более компонентов, обладающих новыми уникальными свойствами, находят широкое применение в современной промышленности. В частности, силикатное стекло, модифицированное серебряными наночастицами, является основой для фотонных компьютеров, способных работать во много раз быстрее традиционных вычислительных систем. Кроме того, «умное» стекло имеет большое значение для создания эффективных энергосберегающих систем остекления и современных биосенсорных платформ.
До сих пор процесс изготовления такого стекла был ресурсоемким, требовал значительных временных и энергетических затрат, как отмечают специалисты СПбПУ.
Новая методика, предложенная российской научной группой, радикально изменяет подход к синтезу этих материалов. Ключевое отличие от существующих аналогов заключается в исключении дорогостоящего и длительного этапа термообработки.
Суть инновации заключается в облучении материала электронами с низкой энергией, но высокой плотностью тока. Это позволяет формировать необходимую конфигурацию наночастиц всего за одну минуту, полностью минуя стадию последующего отжига.
«Традиционные методы предполагают длительный нагрев стекла до температур 550–600 °C после введения серебра, чтобы частицы соединились в функциональные наночастицы. Наш подход устраняет эту стадию, что приводит к экономии до 30% от общей стоимости производства», — пояснила Дарья Соколова, ассистент Высшей инженерно-физической школы СПбПУ.
По словам Соколовой, экономия достигается за счет сокращения трудозатрат, а также снижения расходов на оборудование и электроэнергию. Новый метод также значительно сокращает время синтеза — с нескольких часов до 60 секунд, в отличие от методов лазерной абляции или ионного обмена, которые также требуют последующего отжига.
Эффективность разработанного метода была подтверждена серией экспериментов. Ученые продемонстрировали возможность точного управления свойствами получаемого материала путем изменения параметров электронного пучка (используя малые энергии). Это открывает перспективы для «дизайна» частиц и наночастиц под конкретные прикладные задачи.
На текущем этапе исследователи сосредоточены на дальнейшем повышении эффективности производства композитов нового поколения на основе системы «силикатное стекло – металлические наночастицы». Планируется изучить различные системные конфигурации и методы для успешного внедрения технологии в массовое производство.
В данном проекте также участвовали специалисты Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе.
