КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-73-10108

НазваниеФундаментальные и прикладные исследования новой нанокристаллической керамики на основе твердых растворов кубической и ромбической фаз галогенидов серебра и таллия (I), высокопрозрачной в терагерцовом, видимом и инфракрасном спектральном диапазонах, устойчивой к ионизирующим излучениям для фотоники, лазерной и волоконной оптики

РуководительСалимгареев Дмитрий Дарисович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2024 

Конкурс№61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые словананокристаллическая керамика, твердые растворы, галогениды серебра и таллия (I), одновалентный таллий, высокопрозрачная оптика, терагерцовый диапазон, инфракрасный диапазон, видимый диапазон, инфракрасные световоды

Код ГРНТИ81.37.09


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Для развития лазерной физики, волоконной оптики и фотоники в среднем (2-25 мкм), дальнем (25-100 мкм) инфракрасных диапазонах, а также в терагерцевом частотном (0,1 – 10,0 ТГц) и миллиметровом диапазонах (до 3 мм), которые являются малоосвоенными вследствие недостатка элементной базы, необходимы высокопрозрачные, функциональные материалы, способные пропускать оптическое излучение в широком спектральном диапазоне без окон поглощения, при этом негигроскопичные и способные сохранять свои свойства на открытом воздухе и в более «жестких» условиях ионизирующих излучений. Создание таких материалов, способных сочетать в себе различные функциональные свойства, является актуальной задачей, требующей фундаментальных и прикладных исследований в области влияния структуры и компонентного состава материалов на функциональные свойства. В связи с этим в России и мире активно ведутся поиск и разработка новых материалов, охватывающих широкий спектральный диапазон и обладающих широким набором физических свойств. Оптическая нанокристаллическая керамика является одним из перспективных материалов в области разработки новых функциональных материалов. Высокая степень уплотнения и отсутствия роста нанозерен (ромбическая фаза) приводят к малому рассеиванию на границах зерен и порах, в результате чего достигается высокая прозрачность 65 – 75 % в инфракрасном диапазоне от 0,5 до 47,0– 65,0 мкм в зависимости от состава кубической фазы в широком окне оптического пропускания. Особое внимание привлекают нанокерамики на основе твердых растворов AgHal – TlHal благодаря высокой радиационной стойкости, которая растет с увеличением содержания галогенидов одновалентного таллия. Кроме того, эти материалы прозрачны в терагерцовом и миллиметровом диапазонах, что еще больше расширяет возможности их применений [L. Zhukova, D. Salimgareev, A. Korsakov, N. Yudin, G. Komandin, I. Spektor, A. Lvov, A. Yuzhakova. The optical transparency investigation of crystals based on the AgHal – TlHal solid solutions systems in the terahertz range. Optical Materials. Vol. 113, P. 110870]. Данные материалы обладают низким коэффициентом поглощения от 10^-5 до 10^-3 см^-1 и оптическими потерями 0,1 – 0,5 дБ/м (в волокнах). Из них возможно получение высокопрозрачной в видимом, инфракрасном, терагерцовом и миллиметровом диапазонах гетерофазной керамики на основе нескольких систем, соединяющих различные кристаллические фазы двух и более твердых растворов регулируемого состава, обладающих различными физико-химическими свойствами. Использование сложного состава таких композитных сред позволяет сочетать в одном материале несколько функциональных свойств, например, высокую прозрачность в широком диапазоне с технологичностью обработки. Для разработки таких материалов необходимо проводить термодинамические исследования диаграмм плавкости, определять гомогенные и гетерогенные области существования твердых растворов при комнатных температурах, на основе которых формируется структура кристаллов и керамики. При этом необходимо обеспечить экологическую чистоту и безотходность разрабатываемых комплексных технологий. Керамика на основе твердых растворов систем TlBr0.46I0.54 – AgI, TlCl0.7Br0.3 – AgI; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,92I0,08; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,85I0,15 является перспективным материалом, который способен обеспечить все необходимые функциональные свойства, поскольку она прозрачна в широком спектральном диапазоне, с малыми оптическими потерями и высокими фотостойкостью, пластичностью и гибкостью, технологичностью изготовления. Это делает керамику уникальным материалом, востребованными для лазерной физики, инфракрасной и терагерцовой оптики, а также фотоники и оптоэлектроники. Для проведения фундаментальных исследований свойств керамики будет произведено термодинамическое исследование и построение представленных выше диаграмм плавкости твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия, установлено влияние пошагового увеличения AgCl и AgI в прочих твердых растворах на формирование их электронной структуры и оптических свойств. Комплексный подход к изучению свойств новых систем позволяет охватить широкий спектр исследований от синтеза высокочистой шихты и построения фазовых диаграмм до получения как фундаментальной информации о новой материальной базе, так и новых оптических изделий таких как пластинки, окна, световоды на основе керамики, а также изучения их свойств.

Ожидаемые результаты
В рамках проекта будет проведен синтез твердых растворов на основе систем TlBr0.46I0.54 – AgI, TlCl0.7Br0.3 – AgI; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,92I0,08; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,85I0,15. Будут проведены исследования диаграммы плавкости указанных выше систем. На основе полученных диаграмм плавкости разрабатывается технология, включающая производство высокочистого сырья, получение керамики и изготовление на ее основе оптических изделий методом горячего прессования, а методом экструзии – инфракрасных световодов. Для всех полученных материалов будет проведено комплексное исследование оптических, механических, электрических и теплофизических свойств. Полученные результаты станут основой для проектирования и создания различных оптических и оптико-электронных компонентов, работающих в широком спектральном диапазоне. Практическое использование разработанных материалов и оптических изделий на их основе, в том числе световодов, перспективно для лазерной физики, энергетики, волоконной оптики и фотоники, оптоэлектроники, а также различных применений в спектроскопии, оптическом приборостроении, оптических датчиках широкого спектра действия от волоконных термометров до эндоскопов. Ожидаемые результаты по итогам выполнения проекта: 1. Будут исследованы диаграммы плавкости систем TlBr0.46I0.54 – AgI, TlCl0.7Br0.3 – AgI; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,92I0,08; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,85I0,15. Выявлены возможные концентрационные диапазоны синтеза материалов для получения оптической керамики различных составов. 2. Будут подобраны технологические режимы для синтеза сырья различного состава гидрохимическим методом термозонной кристаллизации-синтеза (ТЗКС). В процессе синтеза исходного сырья гидрохимическим методом на каждой технологической стадии процесса будет проведен контроль качества полученного материала гравиметрическим методом, рентгенофлуоресцентным, спектральным и рентгенофазовым анализами. Подобраны температурные режимы и с помощью метода направленной кристаллизации из полученного сырья изготовлена оптическая керамика систем TlBr0.46I0.54 – AgI, TlCl0.7Br0.3 – AgI; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,92I0,08; AgСl – Ag0,85Tl0,15Br0,85I0,15. 3. Будут определены функциональные свойства полученной керамики. Измерены оптические свойства: спектральное пропускание и дисперсия показателя преломления в широком диапазоне длин волн. Выявлена зависимость изменения оптических свойств от вибрации материала. Будет изучена фотостабильность материала. 4. Будет проведена симуляция прозрачной в широком спектральном диапазоне керамики и оптических изделий на ее основе, которая заключается в моделировании ключевых параметров пропускания и преобразования проходящего излучения, а именно оптического рассеяния, модового анализа, распространения электромагнитных волн с течением времени в непрерывном и импульсном режиме. Моделирование по методам конечных элементов (FEM) позволяет выполнять симуляцию данных параметров с высокой точностью в широком диапазоне длин волн. Проведенное моделирование оптической керамики является важным этапом разработки оптических изделий и устройств на ее основе, поскольку позволяет оптимизировать производство, спрогнозировать свойства и снизить материальные и временные затраты.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
На первом и втором этапе проведено исследование фазовой диаграммы системы TlBr0,46I0,54 – AgI. По результатам дифференциально-термического (ДТА) и рентгенофазового (РФА) анализов изучена и построена фазовая диаграмма во всем концентрационном диапазоне. Анализ диаграммы показал наличие однородной области от 0 до 43 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54, в которой можно получить монокристаллы и оптическую керамику. Проведен анализ гетерогенных областей при содержании AgI в TlBr0,46I0,54 от 43 до 100 мол. %. В оптической керамике, по сравнению с монокристаллами, одновременно существуют две кристаллические фазы, матрицей которой является кубическая структура Pm3m, а легирующей – фаза R-3, имеющая основу химического соединения Tl2AgI3. Максимальный размер зерна легирующей фазы составляет 93 – 95 нм (по результатам сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)). Существование и тип фаз системы TlBr0,46I0,54 – AgI, а также основа фазы R-3, подтверждены РФА. Определены зависимости параметров решетки и массовой доли фаз на основе TlBr0,46I0,54, AgI и Tl2AgI3 от состава системы TlBr0,46I0,54 – AgI. Далее было проведено исследование оптических свойств кристаллов системы AgBr – AgI, что важно для апробации методик исследования свойств и понимания границ областей гомогенности твердых растворов изотермического сечения AgBr – AgI – TlI – TlBr концентрационного тетраэдра Ag – Tl – Br – I. Исследованы оптические свойства кристаллов системы AgBr – AgI при содержании от 0 до 36 мол. % AgI в AgBr. Определены показатели преломления на коротковолновом краю поглощения кристалла и составили 2,441 ± 0,002 – 2,505 ± 0,002 с увеличением доли AgI в AgBr. Показатели преломления в ИК составили от 2,167 ± 0,008 – 2,208 ± 0,008 (при длине волны 3 мкм) до 2,165 ± 0,007 – 2,197 ± 0,008 (при длине волны 14 мкм). Определены мнимые части показателей преломления, которые изменяются в зависимости от состава от 0,60 ∙ 10-4 – 2,22 ∙ 10-4 (при 3 мкм) до 1,33 ∙ 10-4 – 7,76 ∙ 10-4 (при 14 мкм). Подтверждена высокая фотостабильность полученных материалов. На основании данных, полученных по диаграмме системы TlBr0,46I0,54 – AgI, построены концентрационные области на изотермическом сечении AgBr – AgI – TlBr – TlI, где возможно синтезировать монокристаллы и/или оптическую керамику на основе твердых растворов галогенидов серебра и таллия (I). Изотермическое сечение является основой для дальнейшего исследования пятикомпонентного полиэдра Ag – Tl – Cl – Br – I. Изучение концентрационных диапазонов в данном полиэдре началось с фазовой диаграммы системы TlCl0.74Br0.26 – AgI. Были обнаружены области составов, где возможно синтезировать монокристаллы и оптическую керамику. Установлено, что в концентрационном диапазоне от 0 до 4 мол. % AgI в TlCl0.74Br0.26 возможно выращивать монокристаллы структурного типа Pm3m. При увеличении мольной доли от 4 до 34 мол. % AgI в TlCl0.74Br0.26 при изменении условий синтеза можно получить как монокристаллы, так и оптическую керамику. Последняя сочетает в себе две кристаллические фазы, где основой является кубическая - Pm3m, а легирующей – R-3. Определено, что легирующая фаза R-3 имеет основу химического соединения Tl2AgBr3 (подтверждено РФА) с максимальным размером зерен 89 – 94 нм. Все составы и типы фаз системы TlCl0.74Br0.26 – AgI подтверждены РФА. На третьем и четвертом этапах, были подобраны режимы синтеза высокочистой шихты и выращивания монокристаллов/оптической керамики на основе систем TlCl0.74Br0.26 – AgI и TlCl0.74Br0.26 – AgI. По методу термозонной кристаллизации синтеза была получена шихта составов 6, 13, 19, 25 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54 и 7, 14, 20, 27 мол. % AgI в TlCl0,74Br0,26. Далее, в печи конструкции Бриджмена были синтезированы монокристаллы и оптическая керамика. Для системы TlBr0,46I0,54 – AgI выращены два состава монокристаллов 6, 13 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54, а также два состава оптической керамики 19 и 25 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54. Для системы TlCl0,74Br0,26 – AgI синтезированы четыре состава оптической керамики 7, 14, 20 и 27 мол. % AgI в TlCl0,74Br0,26. Все составы подтверждались РФА. По методу горячего прессования были изготовлены поликристаллические пластины толщиной 300 ± 5 мкм, диаметром 15 ± 5 мм. На пятом этапе работ проведено исследование функциональных свойств кристаллов и керамики систем TlBr0,46I0,54 – AgI и TlCl0,74Br0,26 – AgI. Установлено, что монокристаллы составов 6 и 13 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54 прозрачны в диапазоне длин волн от 0,49 до 55,0 – 60,0 мкм. Оптическая керамика 19 и 25 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54 пропускает от 0,50 до до 55,0 – 60,0 мкм. Для оптической керамики системы TlCl0,74Br0,26 – AgI составов 7, 14, 20 и 27 мол. % AgI в TlCl0,74Br0,26 диапазон спектрального пропускания находится в пределах длин волн от 0,44 до 47,0 – 49,0 мкм. Коротковолновый край поглощения в системе TlBr0,46I0,54 – AgI с увеличением концентрации иодида серебра в твердом растворе TlCl0.74Br0.26 увеличивается с 494 мкм до 544 мкм. Аналогичная зависимость наблюдается и для системы TlCl0,74Br0,26 – AgI, где коротковолновый край поглощения смещается от 398 до 448 нм. Показатели преломления на длине волны коротковолнового края поглощения лежат в диапазоне от 2,478 ± 0,002 до 2,539 ± 0,002 для системы TlBr0,46I0,54 – AgI и от 2.348 ± 0.002 до 2.419 ± 0.002 для системы TlCl0,74Br0,26 – AgI. Далее, по полученным спектрам пропускания были рассчитаны значения показателей преломления в диапазоне длин волн от 3 до 14 мкм. Для системы TlBr0,46I0,54 – AgI показатели преломления в зависимости от состава лежат в диапазоне от 2,274 ± 0,009 – 2,389 ± 0,009 (на длине волны 3 мкм) до 2,203 ± 0,009 – 2,361 ± 0,008 (на длине волны 14 мкм). Аналогично, для оптической керамики системы TlCl0,74Br0,26 – AgI показатели преломления изменяются от 2,208 ± 0,009 – 2,305 ± 0,008 (при 3 мкм) до 2,173 ± 0,009 – 2,236 ± 0,009 (при 14 мкм). Исследована фото- и радиационная стойкость всех синтезированных составов. Установлено, что монокристаллы и оптическая керамика обеих систем TlBr0,46I0,54 – AgI и TlCl0,74Br0,26 – AgI обладают высокой фотостойкостью при длинах волн более 10 мкм, где снижение пропускания достигает 15 %. На длинах волн до 10 мкм, снижение пропускания достигает 65 % (при 1,67 мкм), при аналогичных режимах и времени облучения. По результатам исследования радиационной стойкости обнаружено, что исследуемые образцы сохраняют высокую прозрачность при суммарной дозе до 1 МГр, максимальное снижение пропускания составило 15 %. Для некоторых образцов наблюдалось увеличение уровня пропускания на 2 – 3 %. Было зарегистрировано пропускание всех образцов в терагрецовом диапазоне. Максимальная прозрачность исследуемых образцов составляет в ТГц области от 0,3 до 0,88 ТГц (длины волн 340 – 1000 мкм). Образцы на основе твердых растворов TlBr0,46I0,54 – AgI прозрачны в диапазоне от 480 до 1000 мкм. Уровень пропускания достигает 40 %, и с введением AgI в TlBr0,46I0,54 наблюдается смещение левой границы спектра пропускания в область более коротких длин волн. В образцах на основе твердых растворов TlCl0,74Br0,26 – AgI для всех составов наблюдается высокая прозрачность в ТГц области со сдвигом левой границы в область более длинных волн. Полученные результаты открывают широкие возможности применения оптических изделий (линзы, окна и световоды) на основе разработанных монокристаллов и оптической керамики. Для формирования научного задела на второй и третий годы проекта, проведены эксперименты по созданию центров люминесценции в галогенидсеребряных средах редкоземельными элементами, такими как неодим, иттербий и диспрозий. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что введение в AgCl0,25Br0,75 указанных частиц в количестве 0,5 мас. % не снижает уровень пропускания в ИК-области, при этом сохраняются люминесцентные свойства. В результате исследований в отчетном периоде было опубликовано 9 работ, из которых 2 статьи в журналах Q1, индексируемых в Web of Science и Scopus. Оформлена 1 заявка и получено 4 Патента РФ.

 

Публикации

1. Жукова Л.В., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Корсаков А.С., Белоусов Д.А. ОПТИЧЕСКАЯ ПРОЗРАЧНОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ СИСТЕМ AGHAL - TLHAL В ТЕРАГЕРЦОВОМ ДИАПАЗОНЕ ФОТОН-ЭКСПРЕСС, 6 (174), с. 83-84 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.24412/2308-6920-2021-6-82-83

2. Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Жукова Л.В., Белоусов Д.А., Южакова А.А., Шатунова Д.В., Корсаков А.С., Ищенко А.В. Optical properties of the AgBr – AgI system crystals Optics and Laser Technology, Том 149, Номер статьи 107825 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107825

3. Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Шатунова Д. В., Белоусов Д. А., Корсаков А. С., Жукова Л. В. Investigation of the TlBr0.46I0.54 – AgI phase diagram within the AgBr – AgI – TlBr – TlI system for optical materials synthesis Optical Materials, Том 125, Номер статьи 112124 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112124

4. Кондрашин В.М., Корсаков А.С., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Тураби А., Шатунова Д.В., Жукова Л.В. Разработка лазерной установки для определения показателя преломления в ИК диапазоне Лазерно-информационные технологии: труды XXIX Международной научной конференции (13 – 18 сентября 2021 г.) /, c. 142-144 (год публикации - 2021)

5. Кондрашин В.М., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Жукова Л.В. Научно-прикладной модифицированный метод термозонной кристаллизации синтеза высокочистых твердых растворов различного состава Лазерно-информационные технологии: труды XXIX Международной научной конференции (13 – 18 сентября 2021 г.), с. 133-135 (год публикации - 2021)

6. Корсакова Е.А., Лисенков В.В., Жукова Л.В., Орлов А.Н., Корсаков А.С., Осипов В.В., Львов А.Е., Платонов В.В., Салимгареев Д.Д. Creating nanoscale luminescence centres in silver halides suitable for infrared application Journal of Physics: Conference Series, 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 2064 012100 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1088/1742-6596/2064/1/012100

7. Львов А.Е., Белоусов Д.А., Салимгареев Д.Д., Жукова Л.В., Шмыгалев А.С. Введение оксидов редкоземельных элементов в матрицу галогенидов серебра Лазерно-информационные технологии: труды XXIX Международной научной конференции (13 – 18 сентября 2021 г.), с. 129-131 (год публикации - 2021)

8. Львов А.Е., Белоусов Д.А., Салимгареев Д.Д., Жукова Л.В., Южакова А.А., Шатунова Д.В. Оптические монокристаллы и нанокристаллическая керамика на основе системы AgBr – AgI – TlI Лазерно-информационные технологии: труды XXIX Международной научной конференции (13 – 18 сентября 2021 г.), с. 131-133 (год публикации - 2021)

9. Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Жукова Л.В., Южакова А.А., Корсаков М.С., Корсакова Е.А. Исследование фазовой диаграммы системы AgI – TlBr0,46I0,54 Лазерно-информационные технологии: труды XXIX Международной научной конференции (13 – 18 сентября 2021 г.), c. 137-138 (год публикации - 2021)

10. Жукова Л. В., Салимгареев Д. Д., Львов А. Е., Лашова А. А. Способ получения высокопрочной кристаллической керамики на основе двух твердых растворов системы AgBr-TIBr0.46I0.54 (варианты) -, 2 758 552 (год публикации - )

11. Жукова Л. В., Салимгареев Д. Д., Южакова А. А., Львов А. Е., Корсаков А. С., Белоусов Д. А., Кондрашин В. М., Шардаков Н. Т. Терагерцовая радиационно стойкая нанокерамика -, 2021115666 (год публикации - )

12. Салимгареев Д. Д., Лашова А. А., Жукова Л. В., Львов А. Е. Способ получения высокопрочной кристаллической керамики на основе двух твердых растворов системы AgBr-TII (варианты) -, 2 762 966 (год публикации - )

13. Жукова Л. В., Салимгареев Д. Д., Юдин Н. Н., Корсаков А. С., Дорожкин К. В., Подзывалов С. Н. Терагерцовый кристалл -, 2756581 (год публикации - )

14. Жукова Л. В., Салимгареев Д. Д., Южакова А. А., Львов А. Е., Корсаков А. С. Терагерцевый кристалл -, 2756582 (год публикации - )

15. - 16 проектов под руководством молодых ученых получили гранты РНФ Портал Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Дата публикации 06 июля 2021 года (год публикации - )

16. - Наука — это захватывающе интересно! Газета Уральского федерального университета, № 29 от 20 декабря 2021 года (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
По итогам реализации 2 года проекта были проведены исследования фазовых диаграмм систем AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26, синтез материалов на основе гомогенных и гетерогенных областей и изучение их свойств. По методам дифференциально-термического (ДТА) и рентгенофазового (РФА) анализа были исследованы фазовые диаграммы систем AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26. Фазовые диаграммы каждой из систем характеризуются неограниченной растворимостью в жидком состоянии и ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Для системы AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 области гомогенности охватывают диапазоны концентраций 0 – 15 и 92 – 100 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75, области гетерогенности 15 – 36 и 69 – 92 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 при температуре 298 К. По результатам РФА в области составов 0 – 15 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 существует одна фаза типа NaCl, пространственной группы Fm3m, характерная для соединения AgCl0,25Br0,75, а для области 15 – 36 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 наблюдается смесь двух фаз – кубической типа NaCl (Fm3m) и ромбической типа R-3. В области гомогенности 92 – 100 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 при 298 К наблюдается однофазный твердый раствор типа CsCl, пространственной группы Pm3m, характерный для соединения TlBr0,46I0,54, а в близкой к ней гетерогенной области при 69 – 92 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 – совокупность двух фаз: кубической Pm3m и ромбической R-3. Для системы AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 аналогично наблюдается наличие двух областей гомогенности и двух областей гетерогенности. По результатам ДТА и РФА анализов гомогенные области охватывают диапазоны концентраций 0 – 7 мол. % и 95 – 100 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 при 298 К. В них образуются однофазные твердые растворы кубической структуры типа NaCl (Fm3m) и CsCl (Pm3m), соответственно. Гетерогенные области представляют собой смесь двух фаз различного типа: в диапазоне концентраций 7 – 79 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 кубическая фаза Fm3m и ромбическая R-3, а в области 79 – 95 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 – кубическая фаза структурного типа Pm3m и также ромбическая фаза типа R-3. На основании ДТА были определены термодинамические функции фазовых переходов, а по данным РФА для каждой из систем были рассчитаны параметры кристаллической решетки, размеры кристаллитов и микронапряжения. Далее были выращены монокристаллы в каждой из областей гомогенности фазовых диаграмм и синтезированы образцы двухфазной керамики с составами из областей гетерогенности. Для этого предварительно была разработана технология синтеза высокочистой шихты, реализованная по методу термозонной кристаллизации-синтеза (ТЗКС). ТЗКС был проведен для каждого из составов с целью получения шихты чистотой не менее 1 ppm и образования в процессе синтеза твердых растворов заданного состава. Из полученной шихты по методу Бриджмена были выращены образцы монокристаллов, по методу направленной кристаллизации из расплава синтезирована двухфазная керамика. В частности, для системы AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 были получены монокристаллы состава 3, 6, 9 и 92 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75, а также два состава оптической керамики с содержанием 32 и 76 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75. Для системы AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 был выращен монокристалл состава 3 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 и синтезирована двухфазная керамика состава 7, 31, 86, 93 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75. Составы всех образцов были подтверждены РФА. На следующем этапе исследования были определены функциональные характеристики полученных материалов: структура поверхности, диапазоны спектрального пропускания в видимой, инфракрасной и терагерцовой области, показатели преломления и их дисперсия, фото- и радиационная стойкость. Из синтезированных монокристаллов и двухфазной керамики по методу горячего прессования были изготовлены плоскопараллельные пластины, обладающие оптической поверхностью с шероховатостью Ra = 0,2 мкм. Поверхности образцов были исследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии. Результаты показали гладкую, однородную поверхность для пластин на основе монокристаллов и зернистую, включая более темные зерна ромбической фазы, для пластин на основе двухфазной керамики. Размер зерен ромбической фазы не превышает 100 нм. Спектральное пропускание образцов было исследовано в видимой и инфракрасной области от 0,19 до 60,0 мкм. Диапазон спектрального пропускания материалов на основе системы AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 охватывает область от 0,474 до 60 мкм без окон поглощения. Был обнаружен равномерный сдвиг коротковолновой границы поглощения от 458 до 509 нм с увеличением доли TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 для составов с кубической фазой типа Fm3m и от 474 до 544 нм для составов с кубической фазой Pm3m. Диапазон спектрального пропускания монокристалла и керамики системы AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 охватывает область от 0,368 до 55 мкм без окон поглощения. Для коротковолновой границы в области составов 0 – 7 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 наблюдается сдвиг границы поглощения от 458 до 464 нм при увеличении доли TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75, однако в области 93 – 100 TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 происходит снижение значений от 432 до 368 нм с ростом доли TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75. Проведено исследование пропускания в терагерцовой области от 0,2 до 1,0 ТГц, где образцы на основе системы AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 были прозрачны в диапазоне менее 0,2 ТГц и от 0,55 – 1,0 ТГц (300 – 550 мкм и более) с уровнем пропускания до 60 – 90 %. Образцы системы AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 прозрачны в области менее 0,2 ТГц до 0,6 – 1,0 ТГц (300 – 500 мкм и более) с уровнем пропускания до 25 – 60 %. Показатели преломления определены на длине волны коротковолновой границы поглощения (λL) и в среднем ИК диапазоне от 2,0 до 14,0 мкм. В системе AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 в составах на основе кубических фаз Fm3m и Pm3m при λL наблюдается рост показателя от 2,431 ± 0,002 до 2,490 ± 0,002 и от 2,453 ± 0,002 до 2,539 ± 0,002. В средней ИК области показатели преломления составили 2,107 – 2,389, в зависимости от состава и длины волны. Показатель преломления снижается с увеличением длины волны независимо от типа материала и состава, что характерно для нормальной дисперсии. В системе AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 показатель преломления материалов на основе кубической фазы типа Fm3m с ростом доли TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 при λL увеличивается от 2,431 ± 0,002 до 2,439 ± 0,002, а на основе фазы Pm3m снижается от 2,397 до 2,348. В средней ИК области показатель преломления материалов этой системы в зависимости от длины волны и состава меняется от 2,107 до 2,208. Дисперсия показателя преломления является нормальной. Фотостойкость образцов была исследована под действием УФ облучения длиной волны 260 – 370 нм. Для всех образцов системы AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 пропускание на длинах волн до 3 мкм снижается под действием УФ облучения, а при длинах волн более 3 мкм наблюдается либо сохранение уровня пропускания, либо его небольшой рост (3%). В системе AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 образцы показали снижение пропускания в видимой и ИК области до 3 мкм с сохранением уровня прозрачности при больших длинах волн. Исследование радиационной стойкости было проведено при β-облучении дозами до 800 кГр. В системе AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 для всех образцов при максимальной дозе облучения в 800 кГр наблюдается незначительное падение уровня пропускания до 10 %. Материалы системы AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 обладали меньшей радиационной стойкостью с падением пропускания до 50 % для 86 мол. % TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 и до 10 – 15 % для остальных образцов. В качестве научного задела на 3 год проекта для апробации эксперимента были исследованы ВАХ галогенидсеребряных материалов системы AgBr – AgI. Выполненные работы позволили также оценить зависимость электрической проводимости материалов от чистоты и состава материала, фазового состояния и температуры.

 

Публикации

1. Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Пестерева П.В., Жукова Л.В. Synthesis of optical materials based on the TlBr0.46I0.54 – AgI system and investigation of their optical properties Journal of Alloys and Compounds, Vol. 938, Paper number 168525 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168525

2. Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е., Кондрашин В.М., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Optical ceramics based on TlCl0.74Br0.26 – AgI system transparent from visible to far IR region Optical Materials, Vol. 131, Paper number 112735 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112735

3. Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е., Пестерева П.В., Кондрашин В.М., Южаков И.В., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Investigation of functional properties of optical ceramics TlCl0.74Br0.26 – AgI systems Optics & Laser Technology, Vol. 158, Paper number 108906 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108906

4. Тураби А., Акифьева Н.Н., Корсаков А.С., Жукова Л.В., Южакова А.А., Салимгареев Д.Д., Зеленкова Ю.О. Исследование вольт-амперных характеристик оптических материалов системы AgBr−AgI Оптика и спектроскопия, 2022, том 130, вып. 10 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21883/OS.2022.10.53623.3311-22

5. Белоусов Д.А., Шатунова Д.В., Пестерева П.В., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Жукова Л.В. Исследование прозрачности в ТГц диапазоне материалов системы AgBr – AgI ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: труды XXX Международной научной конференции 12-17 сентября 2022 г.; г. Новороссийск Краснодарский край, 2022, с.115-116 (год публикации - 2022)

6. Кондрашин В. М., Львов А. Е., Салимгареев Д. Д., Южакова А. А., Корсаков А. С., Жукова Л. В. Исследование радиационной стойкости оптических материалов на основе твердых растворов TlCl0,74Br0,26 – AgI ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: труды XXX Международной научной конференции 12-17 сентября 2022 г.; г. Новороссийск Краснодарский край, 2022, c. 111-112 (год публикации - 2022)

7. Кондрашин В.М., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ КРИСТАЛЛОВ И КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение : прогр. и материалы 19-й Междунар. науч. конф.-шк., Саранск, 20–23 сент. 2022 г., 2022, с. 133 (год публикации - 2022)

8. Корсакова Е.А., Орлов А.Н., Салимареев Д.Д., Львов А.Е., Шитов В.А., Южакова А.А., Корсаков А.С., Жукова Л.В., Осипов В.В. Optical properties of ceramics made of silver halide solid solutions doped with rare-earth elements 2022 International Conference Laser Optics, ICLO 2022 - Proceedingss, 2022, Код 181770 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9839816

9. Корсакова Е.А., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Investigation of bend loss in multimode core-shell silver halide MIR fibres 2022 International Conference Laser Optics, ICLO 2022 - Proceedingss, 2022, код 181770 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9839848

10. Львов А. Е., Салимгареев Д. Д., Южакова А. А., Жукова Л. В. Исследование фазовой диаграммы систем AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 и AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 для получения инфракрасной оптики ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: труды XXX Международной научной конференции 12-17 сентября 2022 г.; г. Новороссийск Краснодарский край, 2022, с. 119-121 (год публикации - 2022)

11. Пестерева П.В., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Южаков И.В., Жукова Л.В. Исследование фотостойкости оптической керамики и кристаллов на основе систем TlBr0,46I0,54 – AgI, TlCl0,74Br0,26 – AgI ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: труды XXX Международной научной конференции 12-17 сентября 2022 г.; г. Новороссийск Краснодарский край, 2022, c. 121-122 (год публикации - 2022)

12. Пестерева П.В., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Белоусов Д.А., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Determination of Refractive Indices of the AgBr-AgI System Crystals in the Infrared Range 2022 International Conference Laser Optics, ICLO 2022 - Proceedingss, 2022, код 181770 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9840303

13. Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Кондрашин В.М., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Optical properties of the TlBr0.46I0.54-AgI and TlCl0.67Br0.33-AgI system crystals 2022 International Conference Laser Optics, ICLO 2022 - Proceedingss, 2022, код 181770 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1109/ICLO54117.2022.9840002

14. Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е., Корсаков А.С., Жукова Л.В., Щукина А.А., Шатунова Д.В. СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ СИСТЕМ TlBr0,46I0,54 – AgI И TlCl0,74Br0,26 – AgI Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение : прогр. и материалы 19-й Междунар. науч. конф.-шк., Саранск, 20–23 сент. 2022 г, 2022, с. 135 (год публикации - 2022)

15. Южакова А.А., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е.. Пестерева П.В., Кондрашин В.М., Корсаков А.С., Жукова Л.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗГИБА НА ПЕРЕДАЧУ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ СВЕТОВОДАМИ Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение : прогр. и материалы 19-й Междунар. науч. конф.-шк., Саранск, 20–23 сент. 2022 г., 2022, с. 28 (год публикации - 2022)

16. Жукова Л. В., Салимгареев Д. Д., Львов А. Е., Южакова А. А., Корсаков А. С., Белоусов Д. А. Терагерцовая кристаллическая керамика системы TlBr0,46I0,54 – AgI заявка на патент РФ на изобретение 2022105704 от 03.03.2022, Патент РФ № 2786691 от 23.13.2022 г. Заявка на изобретение 2022105704, от 03.03.2022 (год публикации - 2022)

17. Жукова Л. В., Салимгареев Д. Д., Львов А. Е., Южакова А. А., Корсаков А. С., Кондрашин В. М., Пестерева П.В., Южаков И.В. Терагерцовый кристалл системы TlBr0,46I0,54 – AgI Заявка на Патент РФ на изобретение № 2022110567 от 19.04.2022, Патент РФ № 2790541 от 22.02.2023 г. Заявка на изобретение 2022110567, от 19.04.2022 (год публикации - 2022)

18. Жукова Л.В., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А.. Кондрашин В.М., Львов А.Е., Корсаков А.С. Терагерцовая нанокристаллическая керамика Патент РФ на изобретение 2 779 713 от 19.09.2022, заявка на изобретение 2022105771, 04.03.2022, Патент РФ № 2779713 от 12.09.2022 г. Заявка 2022105771 от 04.03.2022 (год публикации - 2022)

19. - В России создали оптические волокна с необычными свойствами UrFU Portal, Дата публикации: 08/08/2022, URL-адрес https://urfu.ru/en/news/43267/ (год публикации - )

20. - В России создали оптические волокна с необычными свойствами Яндекс Дзен, Дата публикации: 05/08/2022 (год публикации - )

21. - Российские ученые создали оптические волокна, устойчивые к радиации РИА Новости, Дата публикации: 05/08/2022 (год публикации - )

22. - УЧЕНЫЕ УРФУ СОЗДАЛИ ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА С НЕОБЫЧНЫМИ СВОЙСТВАМИ Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/) Научная Россия, Дата публикации: 05/08/2022 (год публикации - )

23. - Оптоволокно для космоса и лазерной хирургии создали уральские учёные Мультимедийный портал ПОИСК, Дата публикации: 05/08/2022 (год публикации - )

24. - Ученые УрФУ создали оптическое волокно, устойчивое к радиации ИА Красная Весна Читайте материал целиком по ссылке: https://rossaprimavera.ru/news/64eef95e Информационное агентство Красная весна, Дата публикации: 05/08/2022 (год публикации - )

25. - Российские ученые создали оптические волокна, устойчивые к радиации Информационное агентство НИА «Федерация», Дата публикации: 05/08/2022 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
При реализации третьего года проекта были исследованы электрические, механические и теплофизические свойства монокристаллов и двухфазных керамик систем TlBr0,46I0,54 – AgI, TlCl0,74Br0,26 – AgI, AgСl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и AgСl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26, смоделированы световоды на их основе, включая разработку моделей процесса экструзии, а также изготовлены оптические волокна и изучены их функциональные свойства. В рамках исследования электрических свойств были изучены ионные проводимости материалов в зависимости от температуры, диффузия ионов серебра в кристаллической решетке твердого раствора, а также построены вольтамперные характеристики при разных температурах образцов. При исследовании температурных зависимостей проводимости использовалась двухконтактная схема с обратимыми электродами, встроенными в керамические пластины. По результатам исследования проводимости была обнаружена характерная для ионных кристаллов зависимость от температуры: с ростом температуры повышается подвижность ионов. Однако для соединений на основе систем TlBr0,46I0,54 – AgI, TlCl0,74Br0,26 – AgI, AgСl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 наблюдался резкий рост проводимости, характерный для суперионных проводников. Подобное значительное повышение проводимости связано с большой долей катионов серебра в кристаллической решетке, которое обладает высокой подвижностью вблизи крупных ионов йода и таллия. Высокая подвижность серебра подтверждается рассчитанными для него коэффициентами диффузии в зависимости от температуры, которые для образцов с высоким содержанием йода достигают значений в 1,8 см2/с (45 мас. % TlBr0,46I0,54 AgСl0,25Br0,75). В случае соединений на основе AgСl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 наблюдается повышение проводимости с ростом доли AgСl0,25Br0,75 в TlCl0,74Br0,26 без скачкообразного изменения зависимости, характерного для материалов прочих исследуемых систем. По результатам исследования вольт-амперных характеристик были получены типичные для диэлектриков кривые: с ростом напряжения сила тока, проходящего через образец, растет до достижения электрического пробоя; с ростом температуры зависимость напряжения от силы тока более монотонно растущая – сила тока быстро повышается при увеличении напряжения. Для исследования микротвердости была использована установка ПМТ-3М, реализующая метод Виккерса, нагрузка 100 г (0,98 Н). В результате исследований для системы TlBr0,46I0,54 – AgI в области 0-13 мол. % AgI в TlBr0,46I0,54 не наблюдалось значительного изменения твердости материалов. С дальнейшим увеличением доли йодида серебра в твердом растворе наблюдалось значительное повышение твердости до HV 78. В случае системы TlCl0,74Br0,26 – AgI также происходит повышение твердости при введении йодида серебра в мягкий твердый раствор TlCl0,74Br0,26 (HV = 34). Монокристаллы на основе AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 со структурой кубической фазы Fm3m при малых долях TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 (до 3 мол. %) показали высокую твердость – до HV 32. Далее микротвердость снижается до HV 22-24 для 6-9 мол. % соответственно. Для двухфазной керамики системы AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 с кубической фазой Fm3m наблюдается значительный рост микротвердости до HV = 65 с увеличением содержания TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75. Для материалов этой же системы с кубической решеткой типа Pm3m характерно снижение микротвердости по мере увеличения доли TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75 от HV = 58 до 28. В случае материалов на основе AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 с кубической фазой типа Fm3m по мере увеличения доли TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75 твердость растет от HV 17 до 54,5, а при кубической фазе типа Pm3m – снижается от 90 до 34. Исследование теплоемкости и теплопроводности проводилось по методу лазерной вспышки на установке LFA 467 (HyperFlash) в диапазоне температур 30-250 С. В результате исследования были построены зависимости теплоемкости и теплопроводности от температуры. По мере введения TlBr0,46I0,54 и TlCl0,74Br0,26 в AgCl0,25Br0,75, значения теплоемкости повышаются, достигая значений AgCl0,25Br0,75. Для образцов систем TlBr0,46I0,54-AgI и TlCl0,74Br0,26-AgI с введением йодида серебра в кристаллическую решетку твердых растворов таллия теплоемкость повышается на 3-8 % во всем диапазоне температур. Исследование зависимостей теплопроводности от температуры показало наибольшие значения теплопроводности при 30 С для TlCl0,74Br0,26 (2,474 Вт/(м*К))) и AgCl0,25Br0,75 (2,167 Вт/(м*К)), наименьшие для TlBr0,46I0,54 (1,756 Вт/(м*К)). С введением в кристаллическую решетку AgCl0,25Br0,75 твердого раствора TlCl0,74Br0,26 теплопроводность снижается до 1,927 Вт/(м*К) при 30 С. Анализ влияния элементного состава на теплопроводность показал, что повышение количества разнородных анионов в кристаллической решетке приводит к снижению теплопроводности во всем исследуемом диапазоне температур (30-250 С). Было проведено компьютерное моделирование волокон со ступенчатым изменением показателя преломления без оптической оболочки, аналогичных структур с оптической оболочкой и фотонно-кристаллических световодов. В результате моделирования были получены наборы эффективных показателей преломления, нормализованные электрическое и магнитное поля каждой из мод, энергии (векторы Пойнтинга) мод, а также оптические потери при их распространении. В случае волокон без оптической оболочки образцы на основе TlCl0,74Br0,26 – AgI и TlBr0,46I0,54 – AgI показали высокие оптические потери. Волокна на основе AgCl0,25Br0,75 - TlBr0.46I0.54 и AgCl0,25Br0,75 - TlCl0,74Br0,26 показали высокие уровни энергий (до 3,45 кВт/м2) при низких значениях оптических потерь (до 0,09 * 10-3 дБ/м для моды LP01), за исключением состава 92 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75. Таким образом к изготовлению были приняты волокна на основе AgCl0,25Br0,75 - TlBr0,46I0,54 с содержанием до 9 мол. % TlBr0,46I0,54 в AgCl0,25Br0,75, а также на основе AgCl0,25Br0,75 - TlCl0,74Br0,26. В случае структур со ступенчатым изменением показателя преломления и оптической оболочкой по результатам моделирования было получено меньшее количество мод, при этом на порядок более высокие значения энергии и меньшие оптические потери. Все моделируемые структуры показали эффективные оптические характеристики. Дополнительно были смоделированы фотонно-кристаллические световоды с центральной вставкой с большим показателем преломления (PCF AC) и слабонаправляющие волокна без центральной вставки (PCF SC). В результате моделирования достигнуты одномодовые режимы работы с увеличенным до 300 мкм диаметром поля моды LP01. Проведено моделирование процесса экструзии по методу конечных элементов в ПО Comsol Multiphysics. Температуры экструзии составили 175 С для волокон системы AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 с низким содержанием TlCl0,74Br0,26 и 200 С – с высоким содержанием данного твердого раствора, 180 С в случае волокон на основе AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и 200 С для световодов с оптической оболочкой на основе систем AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 и AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54, соответственно. Скорости экструзии составляли 0,2-0,4 мм/мин. Проведена экструзия волокон различного состава и структуры, в результате которой получена серия волокон длиной 1,5-3,5 м. Проведено исследование функциональных свойств изготовленных волокон. Спектральное пропускание образцов зависело от состава и охватило область 3,0-28,0 мкм без окон поглощения. Оптические потери в полученных световодах достигали 0,2 дБ/м в области длин волн 11,2-14,7 мкм. Набор полученных свойств волокон показал их достаточно высокие функциональные характеристики, что в свою очередь подтвердило адекватность определенных с помощью моделирования режимов экструзии. В результате реализации проекта были выполнены все планируемые работы, а полученные результаты превзошли ожидаемые, что достигнуто благодаря комплексу исследованных свойств новых материалов, обеспечившему возможность получения первых в мире образцов волокон с оптической оболочкой на основе галогенидов серебра и таллия (I). По результатам исследований были подготовлены научные статьи, опубликованные в высокорейтинговых журналах: 3 статьи Q1, индексируемые в WoS и Scopus, 5 статей ВАК. Результаты были также представлены на 2 международных и 1 всероссийской научных конференциях. На полученные результаты интеллектуальной деятельности была оформлена одна заявка на патент РФ на изобретение.

 

Публикации

1. Воробьева Д.А., Кучеренко Ф.М., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е., Жукова Л.В., Корсаков А.С. ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ГАЛОГЕНИДОВ МЕТАЛЛОВ НА ДЛИНАХ ВОЛН 1310 И 1490 НМ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАЙКЕЛЬСОНА Фотон-экспресс, 6, 398 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.24412/2308-6920-2023-6-398-398

2. Кондрашин В.М., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Пестерева П.В., Жукова Л.В. ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКОЕ ПРОПУСКАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ И ДВУХФАЗНОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ГАЛОГЕНИДОВ ТАЛЛИЯ И СЕРЕБРА Фотон-экспресс, 6, 399-400 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.24412/2308-6920-2023-6-399-400

3. Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Пестерева П.В., Южакова А.А., Кабыкина Е.Ю., Корсаков А.С., Жукова Л.В. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 И AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 ФОТОН-ЭКСПРЕСС, 6, 170-171 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.24412/2308-6920-2023-6-170-171

4. Пестерева П.В., Южакова А.А., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Юдин Н.Н., Воеводин В.И., Саркисов С.Ю., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Optical properties of single crystals and ceramics based on silver and thallium (I) halides in the range of 0.3–30.0 THz Infrared Physics and Technology, 133, 04858 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104858

5. Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Южакова А.А., Пестерева П.В., Шмыгалев А.С., Корсаков А.С., Жукова Л.В. Optical materials for IR fiber optics based on solid solutions of AgCl0.25Br0.75 – TlCl0.74Br0.26, AgCl0.25Br0.75 – TlBr0.46I0.54 systems Optical Materials, 143, 114304 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.114304

6. Южаков И.В., Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е., Шмыгалев А.С., Корсаков А.С., Жукова Л.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ ИК ВОЛОКОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА И ТАЛЛИЯ (I) Фотон-экспресс, 6, 488-489 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.24412/2308-6920-2023-6-488-489

7. Южакова А.А., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Кондрашин В.М., Корсаков А.С., Жукова Л.В. ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СВЕТОВОДЫ НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ СИСТЕМ AgCl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 И AgCl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 Фотон-экспресс, 6, 166-167 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.24412/2308-6920-2023-6-166-167

8. Южакова А.А., Львов А.Е., Салимгареев Д.Д., Пестерева П.В., Южаков И.В., Кондрашин В.М., Кабыкина Е.Ю., Кучеренко Ф.М., Жукова Л.В. Optical properties of crystalline materials based on AgCl0.25Br0.75 – TlCl0.74Br0.26 and AgCl0.25Br0.75 – TlBr0.46I0.54 systems Ceramics International, Volume 50, Issue 12, 15 June 2024, Pages 21767-21778 (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.03.289

9. Львов А.Е., Южакова А.А., Салимгареев Д.Д., Щукина А.А, Барыкина С.Е, Южаков И.В., Кабыкина Е.Ю., Жукова Л.В. Исследование оптических свойств материалов систем AgCl0.25Br0.75- TlCl0.74Br0.26 и AgCl0.25Br0.75-TlBr0.46I0.54 в диапазоне 0,2-1,0 ТГц Труды международной научной конференции «Лазерно- информационные технологии», 163-164 (год публикации - 2023)

10. Пестерева П.В, Южакова А.А., Южаков И.В., Салимгареев Д.Д., Львов А.Е., Шмыгалев А.С., Жукова Л.В. Электрические свойства оптических материалов на основе галогенидов серебра и одновалентного таллия Труды XXXI международной научной конференции, 153-154 (год публикации - 2023)

11. Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е, Пестерева П.В., Кондрашин В.М, Кабыкина Е.Ю, Жукова Л.В. Исследование оптических свойств монокристаллов и оптической керамики систем AgCl0,25Br0,75–TlBr0,46I0,54 и AgCl0,25Br0,75–TlCl0,74Br0,26 Труды международной научной конференции «Лазерно- информационные технологии», 161-162 (год публикации - 2023)

12. Салимгареев Д.Д., Южакова А.А., Львов А.Е, Южаков И.В, Корсаков А.С., Жукова Л.В. Инфракрасные световоды из монокристаллов и оптической керамики систем AgCl0,25Br0,75-TlBr0,46I0,54 и AgCl0,25Br0,75-TlCl0,74Br0,26 Труды международной научной конференции «Лазерно- информационные технологии», 165-166 (год публикации - 2023)

13. Жукова Л.В., Салимгареев Д.Д., Кондрашин В.М., Южаков И.В., Южакова А.А., Львов А.Е., Пестерева П.В., Корсаков А.С. Способ получения оптической нанокерамики на основе твердых растворов системы TlBr0,46I0,54 – AgCl0,25Br0,75 (варианты) -, 2023126738 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
В результате реализации проекта были разработаны новые оптические материалы, такие как кристаллы и оптическая керамика на основе систем TlBr0,46I0,54 – AgI, TlCl0,74Br0,26 – AgI, AgСl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и AgСl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26, а также технология их получения, включающая синтез высокочистой шихты, рост монокристаллов, синтез керамики, химико-механическую обработку. На основе полученных материалов разработаны оптические изделия: окна и оптические волокна различной структуры. В частности, разработанная волоконная оптика представляет собой уникальный продукт, позволяющий передавать излучение среднего инфракрасного диапазона от 3,0 до 28,0 мкм без окон поглощения с низкими оптическими потерями при высокой гибкости и прочности. В связи с получением в рамках проекта технологии синтеза новых материалов, эффективность и качество которой было подтверждено функциональными свойствами монокристаллов и оптической керамики, результаты проекта несут высокую прикладную значимость для экономического роста Российской Федерации. Полученный научный и технологический задел проекта обеспечивается созданием новой элементной базы, новой применяемой технологией их синтеза и обработки. Результаты за счет получения уникальных технологий и оптических изделий имеют высокие перспективы применения на предприятиях-производителях оптических материалов, в сфере оптического приборостроения и оптоэлектроники. Результаты проекта станут основой для дальнейшей работы научного коллектива лаборатории «Волоконных технологий и фотоники» Химико-технологического института Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина по следующим направлениям: 1. Разработка высокоэффективной и воспроизводимой технологии получения инфракрасных световодов с оптической оболочкой; 2. Разработка высокоэффективной и воспроизводимой технологии получения фотонно-кристаллических световодов различной структуры; 3. Легирование кристаллов систем TlBr0,46I0,54 – AgI, TlCl0,74Br0,26 – AgI, AgСl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и AgСl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26 редкоземельными элементами (РЗЭ) для создания активных сред лазеров, в том числе волоконных; 4. Исследование сцинтилляционных свойств монокристаллов и оптической керамики систем TlBr0,46I0,54 – AgI, TlCl0,74Br0,26 – AgI, AgСl0,25Br0,75 – TlBr0,46I0,54 и AgСl0,25Br0,75 – TlCl0,74Br0,26; 5. Конструирование волоконно-оптических приборов для лазерных технологий, температурного контроля, в том числе в условиях повышенного ионизирующего излучения, фотоники и прочих технических приложений.