Ученые НИТУ МИСиС изготовили новое покрытие для оптических устройств космических аппаратов и авиационной техники. Они соединили тантал, кремний и азот (Ta-Si-N). Эти элементы образовали прозрачный слой, который защитит устройства от воздействия космического мусора и микрометеороидов. Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в журнале Surfaces and Interfaces.
Как правило, все космические аппараты оснащены солнечными батареями. Они часто разрушаются из-за столкновений с микрометеороидами и другими частицами. Особенно страдают фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), генерирующие энергию. Их защищают тонкие стекла, однако они не очень прочные и заметно утяжеляют солнечные батареи. Стекла не спасают и иллюминаторы, и солнечные коллекторы, собирающие тепловую энергию звезды. Поэтому необходимо такое покрытие, которое выдержит удары космического мусора, а также будет пропускать свет и тепло.
Чтобы его создать, российские ученые использовали магнетронное распыление в вакууме. Это технология нанесения тонких пленок на подложку с помощью катодного распыления мишени. Ею служили два вещества: тантал и кремний. Атомы азота (N) и аргона (Ar) в вакууме столкнулись с катодами — отрицательно заряженными электронами — и образовали положительные ионы. Они ускорились и «атаковали» тантал (Ta) и кремний (Si). С их поверхности выбились атомы, которые осели на подложке. Эти атомы образовали износостойкую и прозрачную пленку.
Ученые гибко управляли атомным осаждением на подложке, используя в том числе парциальное давление реакционного газа. Это то давление, которое мог бы иметь азот в вакууме, если бы он один занимал объем, который разделял с аргоном. Атомы азота вступили в реакцию с танталом и кремнием и образовали прозрачный слой. Благодаря этому пленка стала аморфной: ее элементы расположились в хаотичном порядке. Аморфность делает покрытие устойчивым к нагреванию до 1200 °С. Пленка из Ta-Si-N пропускает свет до 80–90%, и поэтому может использоваться для защиты солнечных батарей.
Исследователи продолжают работать над прозрачным покрытием. Технология магнетронного распыления имеет большое значение для развития отрасли бескислородных оптических покрытий. Благодаря ей аэрокосмическим аппаратам не грозит мусор, микрометеороиды и другие космические частицы.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
