Применение методов сильноточной электроники для получения новых материалов и структур

Высоко актуальной задачей настоящего времени является развитие новых подходов по получению и модификации металломатричных композитных материалов конструкционного назначения, в связи с чем необходимо дальнейшее развитие перспективных технологий магнитно-импульсной обработки материалов, в частности, в области создания индукторов сильного магнитного поля с высоким ресурсом. Современный уровень развития технологий ТОТЭ требует создания новых многослойных структур высокотемпературных электрохимических устройств с повышенными удельными характеристиками. Насущный характер, как с практической, так и с научной точек зрения, имеют вопросы совершенствования и развития технологии и оборудования по получению и синтезу различных новых материалов в виде наноразмерных частиц: интерметаллиды, биметаллические нанопорошки, сплавы и их сложные оксиды с заданными характеристиками, биосовместимые наноматериалы, получаемые методом капсулирования наночастиц в процессе синтеза. Развитие высоко востребованных современным производством технологий по созданию наноструктурированных материалов требует новых фундаментальных исследований в области мощных электрофизических процессов. Особое внимание уделяется развитию порошковых технологий, стартующих с таких явлений как электрический взрыв проводников и лазерное испарение твердотельной мишени. На следующем этапе обработки применяются такие методы компактирования керамических порошковых материалов, как статическое или магнитно-импульсное прессование, литье под давлением, шликерное литье и т.п. Данные методы требуют применения дорогостоящего оборудования, и не всегда позволяют получить требуемые характеристики керамических изделий: прочность, трещиностойкость, плотность. Поэтому в настоящее время большой интерес вызывает метод электрофоретического осаждения (ЭФО), который дает возможность компактирования керамических материалов без использования дорогостоящего оборудования и позволяет избежать ряда недостатков других методов, таких как образование внутренних дефектов и механических напряжений. Метод ЭФО перспективен с точки зрения формирования тонкопленочных покрытий ТОТЭ благодаря высокой скорости формирования покрытия и возможности получения покрытий практически любой формы (планарные, трубчатые, др.), что обуславливает перспективы его применения для получения ТОТЭ любого дизайна. Высоко востребованы в наше время оптически прозрачные сцинтилляторы на основе наноразмерных оксидов металлов. Керамические материалы, допированные редкоземельными ионами зачастую имеют лучшие характеристики, чем монокристаллы. Создание новых детекторов с высоким разрешением требует применения предельно малых частиц сцинтилляционного материала, поскольку использование наночастиц снижает и температуру спекания, и оптические потери в готовой керамике. Широкие перспективы в этом направлении предоставляет метод лазерной абляции, который дает уникальную возможность варьировать условия протекания процессов «испарения – конденсации» и исследовать их влияние на формирование межфазовой границы и, как следствие, дефектов в наночастицах. Большую роль имеет также развитие методов диагностики быстропротекающих процессов и стационарных объектов, которые успешно могут быть реализованы на основе мощных электрофизических генераторов импульсного и импульсно-периодического действия, разрабатываемых в ИЭФ УрО РАН. Керамики из полуторных оксидов, их твердых растворов и гранатов в последние годы стали объектом пристального внимания ученых всего мира благодаря отличным оптическим свойствам, высоким механическим характеристикам и превосходной химической стабильности. До сих пор исследования прозрачных керамик были в основном сосредоточены на оптимизации их оптических свойств. Однако данные керамики также являются перспективным микроволновым диэлектрическим материалом, обладающим низкой диэлектрической проницаемостью, высокой добротностью и почти нулевым температурным коэффициентом резонансной частоты. В настоящее время быстрое развитие устройств связи требует, чтобы микроволновые диэлектрические материалы – ключевые компоненты этих устройств – обладали комплексом этих свойств, а также высокой прочностью и теплопроводностью. Керамики полуторных оксидов могут сочетать все перечисленные требования в дополнение к хорошим оптическим свойствам. В случае настройки и оптимизации диэлектрических свойств прозрачные керамики могут стать многофункциональным материалом с оптико-электронной интеграцией, и области их применения будут значительно расширены. Систематические исследования взаимосвязи и корреляции микроволновых диэлектрических свойств и оптических свойств керамик до настоящего времени не проводились. Исследования по обработке функциональных материалов пучками ускоренных ионов открывает перспективы разработки фундаментальных основ и основ технологий создания материалов нового поколения, на основе металлов и сплавов, в особом фазовом, элементном и структурном состоянии, а также со специально формируемым состоянием их поверхности, уникальными электрическими, магнитными, механическими, ресурсными характеристиками, повышенной радиационной стойкостью и другими необходимыми характеристиками, что в частности, соответствует с перечню приоритетных направлений Стратегии научно-технического развития РФ (Указ Президента РФ от 01.12.2016 г. N642). Проводимая работа включает внедрение суперкомпьютерных цифровых технологий конструирования новых материалов и прогнозирования их свойств, и в перспективе позволяет осуществить переход к экологически чистым и ресурсосберегающим электрофизическим технологиям.