Новый материал, защищающий от ультрафиолета, для экстремальных условий

Ультрафиолетовое (УФ) излучение может разрушить большинство химических связей в органическом веществе, а длительное воздействие ультрафиолетового света может нанести значительный вред людям и объектам. В ответ на это были разработаны УФ-защитные материалы для удовлетворения различных коммерческих потребностей, включая УФ-защитные окна, пищевые контейнеры, контактные линзы и маски.

Хотя существующие материалы для защиты от УФ-излучения подходят для ежедневного использования, их эффективность снижается в условиях высоких температур, высокого давления, коррозионных и радиоактивных сред. Органика разрушается при высоких температурах, а пленки или покрытия имеют тенденцию отслаиваться в суровых условиях; стекло ограничено своей присущей механической хрупкостью.

В ответ на это исследователи активно занимаются разработкой материалов, защищающих от УФ-излучения, с высокими температурами плавления, высокой механической прочностью, оптимальными оптическими свойствами и долговременной физической и химической стабильностью, чтобы выдерживать различные экстремальные условия, включая аэрокосмическую отрасль, высокие температуры, а также кислотные и щелочные среды.

Для решения этих проблем исследовательская группа из Сычуаньского университета разработала новый материал для защиты от УФ-излучения: прозрачную керамику на основе оксида иттрия, легированного церием. Прозрачная керамика — это поликристаллические материалы с оптической прозрачностью, которые формируются путем прессования и спекания.

В отличие от традиционных УФ-защитных материалов, таких как смола и стекло, прозрачная керамика обычно демонстрирует превосходную химическую стабильность и улучшенные термомеханические свойства, включая термостойкость, ударную вязкость, прочность и теплопроводность. Они подвергли сырье из диоксида церия и оксида иттрия ряду подготовительных процессов, чтобы получить прозрачную керамику из легированного церием иттрия.

Диоксид церия служит не только как поглотитель УФ-излучения, но и как эффективное средство спекания для прозрачной керамики на основе иттрия. Из-за поглощения в видимой области четырехвалентного церия, край отсечки УФ-излучения керамики на основе иттрия сместился с 250 нм до 375 нм. Этот сдвиг обеспечивает прозрачной керамике на основе иттрия возможности экранирования УФ-излучения, что приводит к 100% экранированию для УФ-излучения диапазонов C и B и примерно 95% экранированию для УФ-излучения диапазонов A.

Команда опубликовала свою работу в Журнал передовой керамики 24 июля 2024 года.

Их результаты показывают, что прозрачная керамика на основе оксида иттрия, легированного церием, демонстрирует превосходные механические и термические свойства. Кроме того, оптическое качество прозрачной керамики на основе оксида иттрия, легированного церием, остается стабильным даже после длительного воздействия суровых сред, включая кислотные и щелочные условия, УФ-излучение и высокие температуры.

По сравнению с традиционными материалами для защиты от УФ-излучения, такими как покрытия, пленки, полимеры и стекло, эти прозрачные керамики для защиты от УФ-излучения обеспечивают превосходную стабильность и долговечность. Следовательно, прозрачные керамики на основе оксида иттрия, легированные церием, являются весьма конкурентоспособными в качестве материалов для защиты от УФ-излучения, особенно в экстремальных условиях, таких как космос, радиационные реакторы и высокотемпературные среды.