Политехники ищут способ, как быстрее создавать новые материалы

| 925

Научный коллектив кафедры экспериментальной физики Томского политеха занимается поиском нового высокопроизводительного метода модификации материалов. Практически на любой материал ученые могут наносить тонкие пленки, толщиной от 100 нанометров до нескольких микрон, которые заставляют материалы проявлять новые свойства: они могут стать прочнее, более устойчивым к перепадам температур, обладать более высоким коэффициентом отражения. Традиционные технологии — например, магнетронное распыление — позволяют наносить такие пленки за несколько часов, политехники рассчитывают на порядок сократить это время. В будущем новую технологию можно будет внедрить на предприятиях авиакосмической отрасли.

Фото: Во время экспериментов ученые нанесли на стекло тонкий слой титана. 

На эти исследования политехники получили крупный трехгодичный грант — более 13 млн рублей — от Российского научного фонда. Как признается научный руководитель группы, заведующий кафедрой экспериментальной физики Валерий Кривобоков, сейчас исследователи в самом начале работы над проектом.

«Нам предстоит решить очень много сложных теоретических и практических задач. В чем глобальная идея? С помощью тонкопленочных покрытий мы можем модифицировать материалы. Сначала мы переводим исходный материал в другое фазовое состояние — в газообразное, распыляя его на атомы. Этот поток атомов должен «осесть» на подложку из материала, свойства которого нужно изменить.

Сам процесс называется магнетронное осаждение. При использовании классических конструкций магнетронных источников на процесс осаждения могут уходить часы»,

— рассказывает Валерий Кривобоков.

По его словам, политехникам предстоит разобраться, как ускорить процесс «перехода» материала из твердого состояния в газообразное и транспортировку атомарного потока на подложку.

«В этом направлении сейчас работают различные научные группы, которые пытаются реализовать совершенно разные по своей специфике научные подходы. Но до сих пор нет полноценной математической модели процесса осаждения.

Наша задача — детально разобраться в этом вопросе и разработать технологию, обеспечивающие высокоскоростное осаждение покрытий при сохранении качества покрытий, получаемых традиционными методами. В перспективе новую технологию мы надеемся внедрить на предприятиях нашего основного заказчика — «Роскосмос». Там нужны высокопроизводительные системы для создания покрытий, отражающие радиоволны и устойчивые к перепаду температур. Покрытия можно использовать для элементов космических аппаратов, которые будут работать в экстремальных условиях космоса», — поясняет исполнитель проекта, инженер кафедры Дмитрий Сиделёв.

Фото: Инженер кафедры Дмитрий Сиделёв. 

У политехников уже есть идея, как увеличить скорость осаждения. Сейчас они проверяют ее на практике и проводят эксперименты. Первые тестовые испытания они провели с оксидами металлов, например, титана. Скорость осаждения удалось увеличить примерно в четыре раза.

«Мы сейчас пытаемся объединить два механизма: стандартный (распыление) и испарение. При таком варианте мы увеличиваем скорость осаждения, но при этом снижается качество покрытия. У нас есть решение этой проблемы, и сейчас мы его отрабатываем», — отмечает Дмитрий Сиделёв.

Как добавляют разработчики, над этим проектом активно работают не только сотрудники кафедры экспериментальной физики, но и студенты университета.