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Neue Nanokomposit-Keramikmaterialien können für Laseranwendungen verwendet werden

Materialwissenschaftler der Fernöstlichen Bundesuniversität (FEFU) und ein internationales Forscherteam haben eine neue Nanokompositkeramik (Ho3+: Y2O3-MgO) entwickelt, mit der im mittleren Infrarotbereich (IR) von 2-6 . gearbeitet werden kann µm Hochleistungslasersystem. Diese Laser sind für das menschliche Sehen sicher und haben vielfältige Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich der Industrie, der atmosphärischen Erkennung, der Medizin und des Lichtradars. Ein Artikel über diese Arbeit wurde in „Ceramics International“ veröffentlicht.

Laser, die im Wellenlängenbereich von 2 bis 6 Mikrometer arbeiten, werden in einer Vielzahl von Anwendungen von der Medizin über die Raumfahrt bis hin zur Industrie verwendet. Solche Laser sollten jedoch aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geeigneten mechanischen und optischen Eigenschaften bestehen.

Neue Nanokomposit-Keramikmaterialien können für Laseranwendungen verwendet werden

Ein Prototyp einer neuartigen optischen Keramik (Ho3 +: Y2O3-MgO) aus Yttriumoxid-Nanopulvern plus (Ho3 +: Y2O3) und Magnesiumoxid (MgO). Sie werden mit speziellen Techniken im FEFU-Labor gesintert. Das resultierende Material weist aufgrund seiner nahezu „porenfreien“ Struktur und einer durchschnittlichen Korngröße von nur 200 Nanometern eine erhöhte thermische und mechanische Beständigkeit auf. Daher lassen Keramiken mehr als 75% des Lichts im mittleren Infrarotbereich (bis zu 6 Mikrometer) durch. Das Material hat eine hohe Mikrohärte von 10.7 GPa, was es beständig gegen hohe Temperaturen unter Lasereinwirkung macht.

Vor dieser Entwicklung haben FEFU-Wissenschaftler die Schlüsselaspekte der Herstellung von keramischen Nanokompositen auf Basis von nominell „reinem“ Y2O3-MgO untersucht. Artikel dazu wurden Anfang 2020 veröffentlicht.

„In dem neuen Artikel haben wir die Möglichkeit demonstriert, ein aktives Lasermedium auf Basis unserer zuvor entwickelten Nanokomposit-Keramikmatrix zu entwickeln. Unser Ziel ist es diesmal, Dotierionen für die Matrix auszuwählen und deren Inhalt zu optimieren, sowie das neue Infrarot Die Lumineszenz Eigenschaften des transparenten Verbundmaterials können für potenzielle Laseranwendungen genutzt werden: Durch die Wahl von Managed als Legierungsion ist es uns gelungen, einzigartige Lasereigenschaften zu erhalten; zum Beispiel wird es für das menschliche Auge sicher und ist somit für viele Bereiche anwendbar, von Parktronics bis 3D-Umweltverschönerung durch Zugabe zur Keramikmatrix ist es möglich, ein hochkonzentriertes Lasermedium zu entwickeln, dh die Größe des Laserelements und des gesamten Geräts zu minimieren, ohne die Kapazität des Laserelements zu reduzieren Keramik Die erste Arbeit im Forschungsbereich.“ sagte Denis Kosyanov, Leiter des Wissenschafts- und Bildungszentrums „Advanced Ceramic Materials“, Abteilung für Arbeitssicherheit, FEFU Institute of Technology.

Um dieses Material zu erhalten, wandte das Team die Methode der selbstausbreitenden Hochtemperatursynthese (SHS) auf Yttriumoxid-Nanopulver an und fügte zusätzlich (Ho3 +: Y2O3) und Magnesiumoxid (MgO) hinzu. Danach wurde das Pulver einem Funkenplasmasintern (SPS) bei 1300°C und einem Druck von 30 MPa für 5 Minuten unterzogen. FEFU und das Institute of Chemistry of the Far East Branch der Russischen Akademie der Wissenschaften entwickeln diese Hochgeschwindigkeits-Konsolidierungsmethode aktiv weiter.

Für den industriellen Einsatz von Nanokomposit-Keramiken sollte laut Denis Kosyanov die Lichtdurchlässigkeit im mittleren Infrarotbereich von 75 % auf 80 % erhöht werden. Auf diese Aufgabe will sich das Team in der nächsten Arbeitsphase konzentrieren.

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