Учеными ЦНИИчермет им. И. П. Бардина при финансовой поддержке РНФ и РФФИ завершено интересное и перспективное научное исследование. Ими разработаны физические принципы создания высокопрочных теплозащитных многослойных нанопокрытий и изготовлены новые ионно-плазменные металл-диэлектрические покрытия, относящиеся к плазмонным метаматериалам.
При размере структурного элемента 20 нанометров (нанометр – одна миллиардная часть метра) и менее любое вещество изменяет свои качества и получает особые, ранее недоступные для него свойства. Это позволило получить метаматериал, обладающий уникальными теплозащитными и оптическими свойствами, а также высокой износостойкостью.
Результаты исследований впечатляют. Например, композитное покрытие из пленок толщиной в несколько атомов практически не пропускает тепло. Теплопроводность может уменьшаться от десятков до сотен раз. Из такого материала можно сделать тепловой барьер с необходимыми характеристиками. При этом не надо будет менять геометрические размеры узла или детали, которые он будет защищать! Ведь толщина таких покрытий ничтожно мала.
Помимо этого, полученные нанопокрытия обладают выдающимися оптическими фильтрующими свойствами. При определенных параметрах слоев они становятся прозрачными для световых волн нужной длины. Можно изготовить фильтр, который будет пропускать, например, только красный свет. Или сделать антиотражающее покрытие для защиты солнечных батарей от термической деградации.
Эти замечательные свойства стали доступными благодаря созданию специалистами ЦНИИчермет им. И. П. Бардина архитектуры многослойных наноламинатных покрытий, которые состоят из чередующихся слоев металла и диэлектрика. Комбинируя состав и порядок слоев, можно получать различные особые качества метаматериала.
В ходе реализации проекта появилось немало новаций, «точек роста». Впервые в мире были получены электронно-микроскопические изображения резонансных состояний электронов в нанообъеме и границах раздела металл-диэлектрик. Разработаны оригинальные методы анализа атомной структуры пленок (EELFS) сложного химического состава. Это упростило конструирование планарных метаматериалов.
Новые фундаментальные знания могут с успехом применяться в микроэлектронике и микромеханике, оптике, военно-промышленном комплексе, солнечной энергетике, машиностроении и других отраслях науки и промышленности. Словом, везде, где необходимы суперэффективные высокопрочные теплозащитные покрытия.
