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 Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Археологи из Университета Саутгемптона, изучая кранног — доисторический искусственный островок — на озере Боргастейл, обнаружили под каменным покрытием скрытую под водой конструкцию из дерева, возраст которой превышает пять тысяч лет. Эта находка подтвердила, что кранноги могут быть гораздо древнее, чем считалось до сих пор.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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