Международная группа исследователей обнаружила, что материалы следующего поколения для оптических устройств можно производить в условиях микрогравитации.
Исследования команды показывают, что различные типы стекла, в том числе используемые в оптических устройствах, могут быть изготовлены в космосе с атомными структурами, аналогичными тем, которые производятся на Земле.
В исследовании приняли участие исследователи из Ок-Риджской и Аргоннской национальных лабораторий Министерства энергетики, Корпорации разработки материалов, НАСА, Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), Источника нейтронов и мюонов ISIS, Университета Альфреда и Университета Нью-Мексико.
«Идея состоит в том, чтобы открыть механизмы космического производства, которые могут привести к созданию материалов, которые не обязательно доступны на Земле», — сказал Йорг Нойфельд из ORNL.
Эти новые материалы могут привести к развитию оптических устройств, улучшая все, от средств связи до медицинского оборудования.
Эксперимент на базе Международной космической станции
Стекло, в отличие от кристаллических твердых тел, имеет случайную атомную структуру. Эта необычная структура обеспечивает исключительную стабильность и адаптируемость, как это видно в обычных объектах, таких как очки и оптические волокна.
В эксперименте, проведенном на борту Международной космической станции (МКС), операторы JAXA использовали электростатический кран для создания и плавления стекла бесконтактным способом, предотвращая загрязнение другими материалами.
Вернувшись на Землю, эти образцы стекла были исследованы с помощью нейтронов, рентгеновских лучей и мощных микроскопов.
«Мы обнаружили, что, используя безконтейнерные методы, такие как кран, мы можем изготавливать нетрадиционные очки в условиях микрогравитации», — сказал Такехико Исикава из Японского агентства аэрокосмических исследований, эксперт в этой области.
Исследование атомной структуры с помощью нейтронов
В своем исследовании стекла, изготовленного в космосе, в сравнении со стеклом, изготовленным на Земле, исследовательская группа использовала дифракцию нейтронов и рентгеновских лучей для оценки атомного состава образцов стекла.
Ньюенд и его команда разработали NOMAD, который называют «самым быстрым в мире нейтронным дифрактометром».
По словам исследователей, NOMAD может точно измерять очень маленькие образцы с помощью нейтронов, что позволяет им сравнивать стеклянные шарики, изготовленные в лаборатории, со стеклянными шариками, изготовленными на космической станции.
«Мы получили только одиночные стеклянные бусины диаметром около восьми дюймов, атомную структуру которых трудно измерить». Стивен Уилк из Materials Development Corporation — приглашенный ученый в Аргонне.
Нейтроны оказались полезными для идентификации более легких элементов, таких как кислород. С другой стороны, рентгеновские лучи помогли выявить распределение тяжелых элементов, таких как неодим и титан, внутри стекла.
Команда предполагает, что если между образцами стекла, сделанными с Земли, и образцами, сделанными в космосе, есть существенные различия, они, скорее всего, появятся в оксидной подрешетке (расположении атомов кислорода), распределении тяжелых атомов или в том и другом.
Предыдущий опыт послужил основой
До этого исследования Нойфельд, Уилке и Рик Вебер провели несколько экспериментов, сосредоточив внимание на двух конкретных оксидах: оксиде неодима и оксиде титана.
Эти эксперименты показали, что когда эти два оксида объединяются, они образуют стекло с уникальными свойствами и потенциальным применением в оптике. Это побудило их изучить образцы стекла, сделанные на борту Международной космической станции.
«[The experiment in 2022] «Она научила нас чему-то действительно классному», — сказал Вебер из Materials Development Inc. «Одно из стекол имеет совершенно другую решетку, чем обычная четырехкоординатная решетка, типичная для кварца. Эти стекла имеют шестикоординатную решетку. Это действительно интересно с точки зрения науки о стекле. означает больше возможностей делать новые вещи, используя оптические материалы и новые типы устройств. пресс-релиз.
О редакторе
Мригакши Дикшит Мриджакши — научный журналист, который любит писать об освоении космоса, биологии и технологических инновациях. Ее профессиональный опыт включает в себя как вещание, так и цифровые медиа, что позволило ей освоить различные форматы повествования. Ее работы публиковались в известных изданиях, включая Nature India, Supercluster и Astronomy. Если у вас есть предложения, смело отправляйте их по электронной почте.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Железные метеориты указывают на то, что ранняя Солнечная система имела форму бублика.
Область солнечных пятен, поразившая Землю в мае, все еще очень активна.
Как нейтронные звезды «хладнокровно ведут себя» могут открыть двери в странную физику