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 Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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