Больше никаких трещин: учёные сделали стекло, которое само снимает напряжение

Учёные из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали новый тип пластичных полупроводниковых стёкол, которые не боятся ударов и деформаций.
Они могут стать основой для ночных прицелов, тепловизоров, гибких медицинских сенсоров и даже устройств памяти нового поколения.

Стекло, которое можно согнуть

Химики Санкт-Петербургского университета разработали гибкие полупроводниковые стёкла, которые сравнимы по пластичности с алюминием. На их основе можно производить устойчивые к повреждению приборы ночного видения, гибкие сенсоры и запоминающие устройства.

Обычные полупроводниковые стёкла отличаются высокой хрупкостью: их легко повредить даже небольшим механическим усилием или температурным перепадом. Но исследователи нашли способ придать им пластичность, сохранив при этом оптические свойства.

Что это за материалы

Полупроводниковые стёкла — это особый класс материалов, в которых кислород заменён серой, селеном или теллуром.
Такая структура делает их чувствительными к инфракрасному излучению, поэтому они незаменимы при производстве тепловизоров, оптики для приборов ночного видения, гибких экранов и энергонезависимых накопителей данных.

Проблема заключалась в том, что такие стёкла накапливали внутренние напряжения — во время нагрева, охлаждения или даже при работе устройства. Эти микроскопические деформации со временем приводили к разрушению материала.

Решение — добавить серебро

Команда СПбГУ подошла к задаче с другой стороны: не устранить напряжения, а научить стекло "справляться" с ними.

Учёные добавили в состав сплавов ионы серебра, которые изменили внутреннюю структуру стекла, сделав его способным релаксировать напряжения — то есть постепенно снижать их под воздействием нагрузки.

"Благодаря этому стекло способно выдерживать сжатие, при котором обычный материал трескается, и само уменьшает силу напряжений в процессе релаксации", — пояснил почётный профессор СПбГУ, заведующий кафедрой лазерной химии и материаловедения Юрий Тверьянович.

Иными словами, новое стекло не ломается сразу при воздействии, а поглощает и перераспределяет энергию деформации, подобно мягкому металлу.

Почему это важно

При производстве оптики и электроники материал испытывает сильные термические и механические нагрузки.

• В инфракрасных линзах нагрев и охлаждение происходят при каждом включении прибора.
• В устройствах энергонезависимой памяти — при записи и стирании информации.

Обычные стёкла в таких условиях постепенно разрушаются. Новые — смогут служить значительно дольше, снижая вероятность поломок и затраты на ремонт.

Где это пригодится

Прорыв для "гибкой" индустрии

Создание прочных и пластичных полупроводниковых стёкол открывает путь к новому поколению гибкой электроники — от медицинских сенсоров до тонких дисплеев и прозрачных микрочипов.

Кроме того, такие материалы особенно важны для инфракрасных систем наблюдения, где требуется одновременно высокая прочность, устойчивость к температуре и оптическая прозрачность.

Учёные СПбГУ впервые показали, что хрупкие полупроводниковые стёкла можно сделать гибкими, добавив в их структуру серебро.
Эти материалы способны самостоятельно "рассеивать" внутренние напряжения, что делает их устойчивыми к деформациям и повышает срок службы устройств.

Если разработки получат промышленное продолжение, через несколько лет тепловизоры, гибкие экраны и сенсоры будущего станут не только тоньше, но и почти "неубиваемыми".