Пермские ученые изучили температурные изменения свойств необычных материалов — ауксетиков
Свойства ауксетиков — материалов, имеющих отрицательные значения коэффициента Пуассона — могут меняться не только при механическом воздействии, но и при изменении температуры. Ученые Пермского Политеха выяснили, как такие материалы реагируют на изменение температуры. Это поможет проектировать 3D-изделия с подходящими характеристиками для разных режимов эксплуатации.
Во многих отраслях промышленности, в том числе автомобильной, аэрокосмической, строительной, биомедицинской все чаще применяют ауксетики. Благодаря своей уникальной структуре они нетипично реагируют на внешние воздействия. Например, если надавить на пластилин, он расплющивается, то есть растягивается горизонтально, а в случае с ауксетиками наоборот: при вертикальном нагружении они сжимаются, то есть становятся тоньше, сужаясь по сторонам.
Такое поведение делает их очень интересными и полезными материалами для решения многих актуальных проблем, в частности, для создания адаптивных протезов, способных «расти» и изменяться вместе с пациентом, проектирования стентов коронарных сосудов, ортопедических имплантатов, которые могут адаптироваться под индивидуальные особенности пациентов.
Особые свойства ауксетиков достигаются благодаря тому, что они состоят из специально спроектированных ячеек, которые образуют решетчатую структуру, похожую на пчелиные соты. Для каждого конкретного применения подбирают индивидуальную комбинацию такой решетки, что делает эти материалы универсальными. При расширении или сжатии структуры ячейки перемещаются, тем самым изменяя размер всей конструкции.
Ячейки ауксетиков могут состоять из чего угодно — металла, полимера, пластика. Однако у каждого из этих материалов есть свой коэффициент термического расширения – способность увеличиваться или уменьшаться в результате нагрева или охлаждения. Чтобы успешно применять такие конструкции в производстве, нужна подробная информация о том, как этот коэффициент влияет на изменение всей ячеистой структуры.
Ученые Пермского Политеха выявили зависимость поведения ауксетиков от коэффициента термического расширения. Для отслеживания свойств такого материала создали компьютерную модель его ячеек, объединенных в цилиндр, и повернутых перпендикулярно оси. Такая форма размещения наименее изучена на сегодняшний день и даст расширенное представление о поведении структуры в нетипичном положении. В программу вбивали разные показатели коэффициента и смотрели, как менялись свойства ауксетиков при повышенной температуре и двух вариантах механической нагрузки: при давлении изнутри и снаружи.
– В результате исследования мы изучили, как ауксетики ведут себя под нагрузкой в зависимости от температуры. Мы выяснили, что ауксетичные цилиндры, изготовленные из материалов с более низким коэффициентом термического расширения, при воздействии внешнего давления и температуры будут сжиматься, а с более высоким – расширяться. Благодаря этому мы видим, как одна и та же структура принципиально меняет свое поведение – от сжатия к расширению, в зависимости от материалов из которых она изготовлена, – комментирует Анастасия Тарасова, аспирант, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
– Результаты исследований способствуют созданию умных материалов, которые могут подстраиваться к внешним условиям, улучшая эффективность и долговечность изделий. Ауксетики могут быть использованы для компенсации температурных деформаций и снижения термических напряжений. Подобная адаптивность к температурным воздействиям востребована, например, в аэрокосмических, строительных и медицинских приложениях, – комментирует Михаил Ташкинов, доцент кафедры «Динамика и прочность машин», заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
Такие структуры помогают уменьшить изменения формы и размера материалов при сильных колебаниях температуры. Это особенно важно, в том числе, и для обеспечения целостности и функциональности космических кораблей, которые подвержены экстремальным перепадам температурам.
Исследование ученых ПНИПУ пополняет базу данных о термомеханическом поведении ауксетичных структур, чтобы использовать их в качестве перспективных материалов для инженерных применений, где нужно контролировать реакцию на разные факторы, особенно в конструкциях, подверженных экстремальным механическим и термическим воздействиям.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Механика». Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Telegram 
Дзен 
VK Исследователям удалось обнаружить у побережья филиппинского острова Лусон останки «Хофуку Мару» — печально известного японского плавучего концлагеря, подорванного торпедой союзников в 1944 году. Затонувший корабль стал братской могилой более чем для тысячи военнопленных, находившихся на борту.
Ученые впервые объединили головной мозг и аналог спинного мозга плодовой мушки в общую трехмерную карту. Результаты показали, как голова и тело обмениваются сигналами. Анализ сети помог выявить распределенную систему контроля: базовыми движениями насекомого руководили местные группы нейронов, тогда как мозг играл лишь роль координатора.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Исследователи НИУ ВШЭ и МГУ доказали универсальный закон, описывающий время исчезновения популяций в случайной среде. Анализ эволюции ветвящихся процессов — сложных вероятностных систем — показал, что вне зависимости от изначального числа особей процесс вымирания подчиняется строгим математическим закономерностям.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно