Новый материал изменит мир: это стекло само затягивается после повреждения

Эксперименты проводились с использованием источника гамма-излучения на основе кобальта-60. Под действием радиации в материале возникали микроскопические дефекты — нарушались слабые связи между атомами. Обычно такие повреждения приводят к деградации прозрачности и изменению оптических характеристик. Однако в данном случае произошло обратное: спустя примерно 30 дней при обычной комнатной температуре структура стекла восстановилась самостоятельно.

Физик Кэтлин Ричардсон из University of Central Florida объясняет эффект особенностями химических связей в халькогенидной матрице. Атомы в таком стекле могут временно «перестраиваться», перераспределяя энергию, полученную при облучении. Это похоже на внутреннюю релаксацию: материал не трескается, а медленно возвращается к исходной конфигурации.

Халькогенидные стекла уже применяются в инфракрасной оптике и волоконных лазерах, но их способность к самовосстановлению была обнаружена сравнительно недавно. Кроме того, подобные материалы изучаются в сфере фазовых переходов — на их основе создаются элементы памяти для энергонезависимых накопителей.

Сейчас исследования сосредоточены на проверке устойчивости стекла к повторным циклам облучения и на масштабировании производства. Ученые оценивают, сохраняется ли эффект самовосстановления после многократных повреждений и как материал ведет себя при комбинированном воздействии радиации и экстремальных температур — например, в условиях открытого космоса.

Потенциальные области применения впечатляют. Прежде всего — космическая техника: иллюминаторы, защитные экраны датчиков, элементы спутниковой оптики. В условиях постоянного радиационного фона орбиты материалы постепенно разрушаются, и способность к самовосстановлению может существенно продлить срок службы аппаратов. Интерес к разработке проявляют структуры, сотрудничающие с NASA, хотя о коммерческом внедрении пока говорить рано.

На Земле такой материал может найти применение в промышленной радиографии, ядерной энергетике и создании долговечных радиационных сенсоров. Отдельное направление — электроника. Если технология станет экономически доступной, халькогенидные покрытия потенциально смогут повысить устойчивость экранов и оптических элементов к микроповреждениям и излучению.

Любопытно, что самовосстанавливающиеся материалы — один из наиболее быстро развивающихся сегментов материаловедения. В 2020-х годах активно изучаются полимеры и композиты с аналогичными свойствами, но стекло до недавнего времени считалось слишком хрупким для подобных эффектов. Новый результат показывает, что даже твёрдые неорганические структуры могут обладать динамической атомной архитектурой.

До промышленного производства предстоит решить ряд задач — от оптимизации состава до стандартизации оптических характеристик. Однако уже сейчас ясно: идея «вечного стекла», которое само устраняет радиационные дефекты, перестаёт быть фантастикой и постепенно становится инженерной реальностью.