Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе выполнения первого года Проекта разработан способ получения особо чистого йода серебра, включающий пропускание паров йода над металлическом серебром в вакуумированном реакторе из кварцевого стекла. Способ обеспечивает получение AgI с содержанием меди 7 ppm(масс.), остальных переходных металлов не более 0.5 ppm(масс.); воды не более 0.04 ppm(масс). Эти значения соответствуют требованиям, предъявляемым к содержанию примесей в теллуридных стеклах для изготовления волоконных световодов. Источником примеси меди в полученном AgI является исходное серебро. Отклонения состава йодида серебра от стехиометрического значения не превышают 0.2 ат. %. Способ позволяет проводить синтез AgI и его дополнительную очистку дистилляцией в потоке паров йода с одновременной загрузкой в реактор для получения особо чистого халькогенидного стекла. Проведено комплексное исследование физико-химических и оптических свойств стекол систем (GaxGeyTe100-x-y)100-z(AgI)z (x = 2–20, y = 5–23, z = 0–15). Установлено, что в системах GaxGe25-xTe75 (x = 2–20) и (GaGe1.5)20+xTe80-x (x = 0–10) кристаллизационная устойчивость экстремально зависит от химического состава. Максимальную стабильность имеют составы Ga10Ge15Te75 и Ga12.5Ge12.5Te75. Впервые обнаружена высокая кристаллизационная устойчивость стекол систем (Ga10Ge15Te75)100-x(AgI)x и (Ga12.5Ge12.5Te75)100-x(AgI)x с содержанием AgI 5–15 мол. %. Показано, что увеличение содержания галлия и йодида серебра приводит к смещению многофононного края прозрачности стекол в длинноволновую область. Это является важным результатом для изготовления волоконных световодов с низкими оптическим потерями в среднем ИК диапазоне. Определены температурные зависимости теплоемкостей, плотности и адгезии исследованных стекол к кварцевому стеклу. Из совокупности полученных результатов сделан вывод о том, что наиболее подходящими для волоконной оптики среди исследованных составов являются стекла (Ga10Ge15Te75)100-x(AgI)x и (Ga12.5Ge12.5Te75)100-x(AgI)x с x = 8–15 моль. %. Развит способ глубокой очистки теллура от примесей металлов, воды, водорода и кислорода. Способ основан на предварительном плавлении теллура с геттером и последующей многократной вакуумной дистилляцией расплава. Получены образцы особо чистого теллура общей массой более 1 кг с содержанием примесей переходных металлов <(0.05–0.1) ppm(масс.), и кислорода не более 10 ppb(масс.). Разработана методика высокоточного определения матричных элементов стекол системы Ga-Ge-Te-Ag-I методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП). Диапазоны измерений составили: 8.0–12.0 ат. % Ga и Ge, 50.0 – 70.0 ат. % Te, 3.0 – 15.0 ат. % Ag и I. Неопределенность (P = 0.95) результатов измерений мольной доли Ga, Ge и Te не превышает 0.2 ат. %. Относительная неопределенность результатов измерения мольной доли I не превышает 2%, а мольной доли Ag – 5 %. Разработаны способы получения особо чистых стекол системы (GaxGeyTe100-x-y)100-z(AgI)z с низким содержанием примеси кислорода. Способы включали следующие основные этапы: 1) загрузка германия в форме GeTe в реактор с РЗЭ пропусканием паров особо чистого теллура над гранулами германия; 2) плавление шихты GexTe100-x; 3) синтез и загрузка в реактор с шихтой йодида серебра методом химического транспорта с использованием йодида германия(IV) в качестве транспортирующего агента; 4) загрузку шихты GexTe100-x испарением в секцию с галлием и РЗЭ, высокотемпературное плавление полученной шихты с образованием теллурида галлия(III); 5) отгонку из шихты теллура и теллурида германия(II) в реактор с шихтой; 6) химический транспорт теллурида галлия(III) в реактор с шихтой с использованием йодида галлия(III) в качестве транспортирующего агента; 7) плавление полученной шихты GeTe-Ga2Te3-Te-AgI в режиме перемешивающего качания печи; 8) закалка стеклообразующего расплава быстрым погружением ампулы в ледяную воду; 9) отжиг стекла при температуре стеклования, далее в режиме выключенной печи; 10) извлечение образца механическим разрезанием кварцевой ампулы алмазным диском. С применением разработанных способов получены образцы стекол с содержанием примеси кислорода, химически связанного с германием и галлием не более 10 ppb(масс.). Ключевым результатом данного этапа Проекта является изготовление волоконных световодов из стекол состава (Ga10Ge15Te75)90(AgI)10, (Ga10Ge15Te75)88(AgI)12, (GeTe3.76)50(AgI)50 методом штабика в тигле. Минимальные оптические потери в световоде (Ga10Ge15Te75)88(AgI)12 составили 0.51±0.05 дБ/м на длине волны 10.5 мкм, что сопоставимо и даже несколько ниже предыдущего рекордного значения для теллуридных стекол, полученного научным коллективом Проекта. Это обусловлено оптимизацией условий вытяжки волокна и более высокой устойчивости стекла к кристаллизации. Минимальные оптические потери в волокне, изготовленном из стекла (GeTe3.76)50(AgI)50, полученном с двукратным химическим транспортом йодида серебра, составили 0.33±0.05 дБ/м на длине волны 9.9 мкм. К настоящему времени это рекордный результат для известных теллуридных волокон. Спектральный диапазон с уровнем оптических потерь не более 1 дБ/м расширен с 7.3–10.9 мкм до 6.9–11.5 мкм. В спектре полученного волокна практически отсутствуют полосы примесного поглощения от TeH-групп и воды. Это свидетельствует о высокой эффективности разработанного способа получения стекла с двукратным химическим транспортом йодида серебра. Уровень оптических потерь в этом волокне на длине волны 10.6 мкм, соответствующей рабочей области CO2-лазера, составляет 0.5±0.05 дБ/м. Это является лучшим результатом среди всех известных стеклянных волоконных световодов, работающих на принципе полного внутреннего отражения.