![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Основная цель Основная цель проекта состояла в определении механизмов внутреннего трения, связанного со структурой и поверхностью кварцевого стекла и в разработке научных основ технологий, позволяющих минимизировать диссипацию и тепловой шум в пробных массах детекторов гравитационных волн. Работы велись в следующих направлениях: 1. Изучение диссипативных процессов в объеме кварцевого стекла. Эксперименты выполнялось в диапазоне температур 170-600 К в килогерцовом диапазоне частот на специальном стенде, сконструированном на химическом факультете МГУ. Образцы – модельные механические резонаторы изготавливались в МГУ из кварцевого стекла КУ-1 и в Университете Глазго из кварцевого стекла Suprasil 311. Изменение структуры материала (структурной температуры) образцов осуществлялось длительной высокотемпературной обработкой при 800-1000 С. Время отжига, необходимое для достижения структурой кварцевого стекла равновесного состояния, было предварительно определено измерением кинетики релаксации структуры стекла методом ИК-спектроскопии. Выполненные исследования показали зависимость внутреннего трения от структуры материала, в частности установлено аномальное отклонение диссипативных свойств кварцевого стекла, отожженного при температурах 875-900 С. Данный эффект может быть связан с фазовым переходом в квазикристаллических образованиях – кристаллоидах, существование которых в стекле подтверждается литературными данными. 2. Изучение поверхностных диссипативных процессов. Рассеяние энергии колебаний в поверхностном слое кварцевого стекла связано с высокой концентрацией в нем различных дефектов. Этот слой представляет собой напряженную трещиноватую структуру с включениями компонентов, использованных при механической обработке поверхности, продуктов их взаимодействия с кремнеземом, адсорбированных веществ и т.п. Продемонстрирована эффективность химического травления для удаления нарушенного слоя с поверхности модельных резонаторов, кантилеверов и волокон из кварцевого стекла. С помощью лазерного и КР микроскопа изучено изменение микрорельефа поверхности кварцевого стекла при химическом травлении и разработана модель этого процесса. Определен коэффициент диффузии ОН-групп (основная примесь) в кварцевом стекле КУ-1 в диапазоне температур 800-980 С. Установлено, что диффузия ОН-групп при отжиге приводит к формированию напряжений в поверхностной зоне, образованию микротрещин и появлению дополнительного внутреннего трения. Изучены диссипативные эффекты, связанные с адсорбцией молекул воды из газовой фазы. 3. Формирование комплексной технологии изготовления высокодобротных механических резонаторов из кварцевого стекла. Разработана технология, которая включает механическую обработку стекла с достижением определенного уровня шероховатости и поверхностных напряжений, химическое удаление нарушенного слоя с достижением минимально дефектной поверхности и высокотемпературный отжиг для формирования оптимальной структуры стекла. Разработанный технологический подход может быть использован для разработки нового поколения детекторов гравитационных волн, а также для изготовления любых высокодобротных механических резонаторов из кварцевого стекла, используемых в ряде современных приборов. Работа по проекту проводилась в тесном сотрудничестве с группой исследователей из Университета Глазго. Выполнены совместные эксперименты в МГУ и в Университете Глазго, проведено обсуждение результатов, готовятся совместные публикации в зарубежных журналах.