 |
Ученые Перми и Москвы изучили возможности и сроки службы волоконных световодов в медном покрытии
Ученые Пермского Политеха, ПАО «Пермской научно-производственной приборостроительной компании» и Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН впервые исследовали термическую стойкость оптоволокна в медном покрытии и выявили продолжительность его стабильной работы без образования дефектов на поверхности.
В нефтегазовой и химической промышленности, металлургии, электроэнергетике, медицине и машиностроении используют оптоволоконные технологии как современный способ передачи информации на дальние расстояния. Прочность и долговечность волоконных световодов во многом зависят от защитного покрытия, в качестве которого используют акрилат, полиимид и металлы. Например, оптоволокно в алюминиевом покрытии позволяет работать в жестких промышленных условиях при высоких температурах и давлении. Однако применение алюминия эффективно лишь до 350°С. Альтернативой может стать использование меди. Ученые Пермского Политеха, ПАО «Пермской научно-производственной приборостроительной компании» и Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН впервые детально исследовали термическую стойкость волоконных световодов в медном покрытии и определили их срок службы в зависимости от температуры эксплуатации. Полученные результаты дают возможность прогнозировать стабильность работы оптоволокна в отечественной промышленности.
Статья опубликована в журнале «Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки», 2024 год. Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 22-29-00795): «Прогнозирование работоспособности и деградации волоконных световодов в экстремальных условиях эксплуатации».
Волоконный световод, выполненный в виде тонкой нити из кварцевого стекла, позволяет передавать большие объемы информации на дальние расстояния, используя свет как основной источник сигнала. Он состоит из сердцевины, по которой распространяется большая часть мощности оптического сигнала, оболочки и защитного покрытия.
Стойкость последнего – важнейший фактор, ограничивающий применение световодов в экстремальных условиях эксплуатации. К таким условиям можно отнести, например, ионизирующие излучение, повышенную (свыше 300°С) и пониженную температуру (ниже -70°С), водосодержащую среду и др. В большинстве случаев используют стандартные акрилатные покрытия на основе силиконовой резины или полиимидные лаковые, но они допускаются только при температуре до 85 и 350°С, соответственно. Металлические покрытия существенно расширяют область применения волоконных световодов.
Наиболее изученным металлом для покрытия оптоволокна является алюминий. Температура его плавления равна 660°С, однако в некоторых случаях (из-за химической реакции между металлом и кварцевым стеклом) возможно разрушение поверхности при более низких значениях (приблизительно 300°С), из-за чего падает прочность самого световода. Скорость деградации алюминиевого покрытия сильно зависит от температуры, например, начальная прочность снижается в 3 раза в течение 10 часов при 500°С, а при 400°С такое же ухудшение происходит через 5 месяцев.
Перспективным и подходящим материалом может стать медь, которая не вступает в реакцию с кварцевым стеклом и допускается к использованию при более высоких температурах, чем алюминий. Ученые Пермского Политеха, ПАО «ПНППК» и ИОФ РАН впервые исследовали прочность оптоволокна в медном покрытии и экспериментально выявили продолжительность его стабильной работы без образования дефектов на поверхности.
– В отличие от алюминия, на воздухе медь окисляется после нагрева при температуре 300°С, из-за чего страдает ее механическая стойкость. Однако есть ряд важных применений, где медное покрытие нельзя заменить алюминиевым. Такие условия встречаются, например, в распределительных датчиках на атомных электростанциях, в космических аппаратах с длительным сроком пребывания в вакууме при наличии радиационного излучения и в волоконно-оптических устройствах, работающих в водородосодержащей среде в нефтегазовой промышленности. Поэтому вопрос о стойкости меди при температуре на воздухе имеет серьезное практическое значение, – объясняет Максим Булатов, доцент кафедры общей физики ПНИПУ, кандидат технических наук.
Образцы испытывали в специальной камере при температурах от 500 до 600°С, после измеряли их прочность. Эксперименты показали, что с течением времени она резко снижается. Это означает появление и рост дефектов на стеклянной поверхности световода. Особенно на это влияет проникновение кислорода в структуру стекла при окислении меди на открытом воздухе.
– Мы выяснили, что возможна кратковременная эксплуатация волоконного световода в медном покрытии при температуре 600°С в течение 1,5 часов или при 500°С в течение 16 часов. В долговременной перспективе его использование при температуре 300°С возможно в течение 1,5 лет, а при температуре 250°С – в течение 17 лет, – рассказывает Максим Булатов.
Политехники отмечают, что создание на медной поверхности дополнительного защитного слоя, предотвращающего ее взаимодействие с кислородом, и испытания в бескислородной атмосфере позволят радикально повысить срок службы, а также существенно увеличить диапазон применимости таких световодов вплоть до 1000°С.
Медное покрытие при эксплуатации оптоволокна на воздухе уступает по термостойкости алюминиевому при температурах до 300°С. Однако результаты исследования ученых Пермского Политеха, ПАО «ПНППК» и Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН подтвердили возможность его кратковременной эксплуатации при более высоких значениях. В таких случаях медное покрытие не имеет альтернативы.
Контактное лицо: ПНИПУ (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 02:05, 29.12.2024
Количество просмотров: 98
Страна: Россия
| Ученый ПНИПУ рассказал, как распознать и что делать при обморожении кожи, ПНИПУ, 17:53, 17.12.2025, Россия |
65 |
| С наступлением холодов риск обморожения становится реальной угрозой для каждого. Что делать, если почувствовали онемение и побеление кожи на щеках, пальцах рук или ног? Эксперт ПНИПУ рассказывает о первой помощи, которая поможет минимизировать ущерб для здоровья до визита к врачу. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, как выбрать подходящий чай и не навредить здоровью, ПНИПУ, 21:02, 13.12.2025, Россия |
253 |
| 15 декабря ежегодно отмечается День чая. Ученые Пермского Политеха рассказали, как производят разные виды этого напитка, какие из них нельзя употреблять натощак, почему белый чай не бодрит, а расслабляет, как получают разные вариации улуна, можно ли добавлять молоко в черный чай и многое другое. |
|
| Пермские ученые испытали добавку для ума и силы в пожилом возрасте, ПНИПУ, 21:02, 13.12.2025, Россия |
252 |
| Ученые Пермской фармакадемии и Пермского Политеха исследовали новую биодобавку «Дахар» на основе концентрата листьев персика с ДМАЭ — веществом, укрепляющим нейронные связи. Результаты показали, что ее прием значительно улучшает память, концентрацию и повышает физическую выносливость. |
|
|
|
