Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Advanced Ceramics (прим. - Пресс-служба РНФ).
Российские ученые совместно с коллегами из Китая создали керамический композит для мощных лазерных источников света. Материал обеспечивает освещение, близкое к естественному солнечному свету, устойчив к перегреву и может использоваться в космических устройствах, где отвод тепла затруднен.
В разработке приняли участие специалисты из Дальневосточного федерального университета, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (Кольцово) и Шанхайского института керамики Китайской академии наук. Также научная работа поддержана грантом Российского научного фонда.
Помещение станции «Прецизионная дифрактомерия-2» канала 6 накопительного кольца ВЭПП-3, на котором проводились исследования. Источник: Алексей Завьялов / Из личного архива
Технология основана на использовании лазера синего диапазона и люминофора — вещества, которое преобразует излучение в видимый свет. Сам люминофор представляет собой композит: один компонент отвечает за свечение, второй — за устойчивость к высоким температурам.
— Мы стремимся создать отечественную технологию изготовления преобразователей цвета с регулируемыми оптико-термическими характеристиками для компактных, энергоэффективных и высокомощных лазерных источников освещения. В дальнейшем мы планируем перейти к конструированию источников высокомощного лазерного освещения, — рассказал «Известиям» руководитель проекта, директор НОЦ «Передовые керамические материалы» Политехнического института Дальневосточного федерального университета Денис Косьянов.
По его словам, лазерное освещение имеет преимущества по сравнению со светодиодным: его эффективность почти не снижается при увеличении силы тока, а яркость значительно выше. Это делает такие решения перспективными для задач, где требуется мощный и стабильный свет.
Разработка может использоваться, например, при создании автомобильных фар нового поколения. Они смогут светить ярче и дальше, при этом оставаясь безопасными для встречных водителей за счет более естественного спектра.
— Доступные сегодня люминофоры сильно перегреваются при лазерном возбуждении. Это приводит к снижению яркости и быстрому разрушению материала. Новый композит выдерживает высокие тепловые нагрузки и сохраняет стабильность свечения при длительной работе, — сообщил Денис Косьянов.
Такие характеристики особенно важны для космической техники. В вакууме невозможно охлаждение за счет конвекции, поэтому ключевым становится использование материалов, устойчивых к нагреву.
Рабочее место оператора станции и автора исследования Алексея Завьялова «Дифрактомерия при высоких давлениях» канала 4 накопительного кольца ВЭПП-3. Источник: Алексей Завьялов / Из личного архива
Предполагается, что «лазерные фары» смогут помочь при посадке аппаратов на поверхность Луны и других небесных тел — за счет более естественного освещения рельефа. Это может облегчить визуальную оценку поверхности как пилотами, так и операторами при дистанционном управлении.
— Переход к неорганическим керамикам для мощных светодиодов и лазеров — мировой тренд. Здесь удалось решить проблему теплового тушения и деградации при высокой мощности. Двухфазная структура материала эффективно отводит тепло, — прокомментировал доцент базовой кафедры физики твердого тела и нанотехнологий СФУ Максим Малокеев.
По его словам, при внедрении в автомобильные системы дальнего света разработка повысит безопасность вождения в сложных условиях. Также мощные прожекторы, способные работать в экстремальных условиях, нужны для летательных и подводных аппаратов. В частности, под водой они позволят получить естественную цветопередачу — без искажений и зеленоватого оттенка. Важны такие источники и при поисково-спасательных работах.
Еще одна область применения — это лазерные телевизоры с большой диагональю и проекторы. Такие устройства нуждаются в мощных, стабильных и долговечных источниках белого света, которые сохраняют яркость на протяжении всего срока службы.
В то же время, отметил Максим Малокеев, высокие требования к цветопередаче предъявляются в медицине, где зачастую от качества освещения зависит успех операции. Врач должен различать оттенки тканей, чтобы обнаружить патологии и избежать повреждения здоровых участков.
— В космосе основным источником света остается Солнце. При стыковке в тени обычно используют инфракрасные системы. При посадке на Луну даже мощные источники света не решают проблему оценки высоты и скорости — здесь важнее датчики, — поделился ведущий инженер Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Андрей Новиков.
Тем не менее, добавил он, такие системы освещения могут быть полезны для оценки рельефа посадочной площадки и работы на поверхности — например, в тени кратеров или во время длительной лунной ночи.
