Новости

Ученые УрФУ получили материал для безопасного сканирования организма

03 марта 2021 Рубрика: Новости организаций Ключевые слова: УрФУ, терагерцовое излучение, поликристаллические материалы

Научный коллектив Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) впервые в мире создал поликристаллические пластины с уникальными способностями. Материал на основе твердых растворов галогенидов серебра и таллия пропускает излучение в видимом и инфракрасном спектрах, а также в терагерцовом диапазоне частот.

Терагерцовое излучение проникает в живой организм, но в отличие от рентгеновского, не причиняет вреда, так как не является ионизирующим. Источники терагерцового излучения с оптическими материалами для его передачи можно использовать вместо рентгеновских аппаратов и приборов магнитно-резонансной томографии в обследованиях головного мозга, сосудов, тканей, скелета, раковых опухолей. Кроме того, поликристаллические световоды (волокна), которые получили сотрудники Научной лаборатории волоконных технологий и фотоники УрФУ, пригодны для диагностики заболеваний как верхних слоев организма (например, кожи), так и внутренних органов.

«В этом случае волокна на основе токсичного таллия не применимы. Зато волокна на основе галогенидов серебра абсолютно безопасны, — подчеркивает младший научный сотрудник лаборатории УрФУ Анастасия Южакова. — Кроме того, они отличаются повышенной пластичностью, а значит — не нуждаются в сложной многослойной защите. Также намного легче стерилизуются, чем кварцевые или полимерные волокна».

Поликристаллические материалы химиков УрФУ также можно использовать в устройствах для сканирования людей и багажа, например, на вокзалах и в аэропортах.

«Открывается сразу несколько преимуществ: не нужно устанавливать дорогостоящие и громоздкие металлодетекторы, создавать очереди на подходе к ним, подвергать пассажиров вредному рентгеновскому излучению, — описывает участник исследовательского коллектива, научный сотрудник лаборатории УрФУ Дмитрий Салимгареев. — Использование терагерцового излучения дает возможность проводить сканирование на расстоянии нескольких десятков метров — человек не почувствует и не узнает, что его «досматривают».

Процесс изготовления поликристаллических пластин уникален. Вначале получают сырье — шихту, из которой выращивают кристаллы. Синтез обладает рядом преимуществ. Во-первых, цикл замкнутый, поэтому производство безотходное. Во-вторых, энергосберегающий, так как протекает при невысоких температурах. Главное — уже первая стадия синтеза дает высокую степень очистки шихты от примесей, близкую к 100% содержанию галогенидов серебра и таллия.

На втором этапе синтеза из шихты выращивают монокристаллы. Заготовки, вырезанные из монокристаллов и нагретые при температуре 150–200℃, помещают в пресс и подвергают нагрузке, эквивалентной 6–10 тоннам. Методом горячего прессования (также разработан в лаборатории) и последующим охлаждением исследователи получают поликристаллические пластины с поверхностью оптического качества, диаметром 1–2 см и толщиной от 300 до 700 микрон. Преимущественное содержание брома и хлора придает пластинам зеленовато-желтый оттенок, соединений таллия и йода — красноватый.

«Метод горячего прессования позволяет при небольших энергозатратах получить высококачественную — однородную и без дефектов — оптическую поверхность, — комментирует Дмитрий Салимгареев. — Она не требует дальнейшей химико-механической обработки — шлифовки, полировки и так далее, а значит, и соответствующего дорогостоящего оборудования».

Мало какие кристаллические материалы способны охватить настолько широкий диапазон электромагнитных волн.

«Пропускная способность наших кристаллических материалов в видимом, инфракрасном и терагерцовом диапазонах достигает 76%. Это исключительный показатель, — поясняет Анастасия Южакова. — На сегодня в мире насчитывается всего три класса таких материалов — высокоомный кремний, сапфир и наши кристаллы на основе галогенидов серебра и таллия. Кроме них в терагерцовом диапазоне используются и некоторые полимеры, но они не обладают такой же прозрачностью, стойкостью к температурным нагрузкам и давлению».

Статья с описанием пластин опубликована в журнале Optical Materials. Проект реализован благодаря финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российского научного фонда.

Источник:

  • Пресс-служба Уральского федерального университета

Карточка организации:

Добавить комментарий

  • 29
  • 30
  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 1
  • 2