Новый сенсор ускорит производство композитных деталей самолетов и лопастей ветряков
Ученые из Сколтеха при поддержке Программы трансляционных исследований и инноваций Сколтеха разработали и запатентовали метод мониторинга процесса изготовления изделий из термореактивных полимеров. Из этих материалов сделана значительная часть деталей самолетов, кораблей, лопасти ветряков и многие составляющие автомобилей и спортивного снаряжения высокого класса. Они подолгу — порой в течение нескольких дней — запекаются в огромных печах, и новый метод мониторинга позволяет отследить момент, когда этот энергозатратный процесс можно завершать. Тем самым экономятся электроэнергия и время, а освободившуюся раньше печь можно задействовать в других задачах.
Изобретение зарегистрировано Роспатентом. Изделия из термореактивных полимеров запекаются в крупных печах или автоклавах, особенно если речь идет, например, о массивных авиадеталях. Такие аппараты дорого стоят, и их эксплуатация сопряжена со значительными расходами, в том числе на электроэнергию: высокая температура поддерживается в большом объеме на протяжении долгого времени. Соответственно, производителю выгодно прекратить запекание, как только полимеризация будет завершена.
Но как понять, что полимер спекся? Нагрев изделия осуществляется за счет конвекционных потоков воздуха, поведение которых зависит от формы изделия и трудно поддается прогнозированию. Полимеризация может идти с разной скоростью в разных точках запекаемой детали. В итоге у производителя остается два малоприятных варианта, как действовать.
С одной стороны, можно «перебдеть» и выключить печь лишь тогда, когда уже нет сомнений, что материал полимеризован по всему объему изделия. Очевидные минусы — перерасход электроэнергии и времени.
С другой стороны, можно использовать тот или иной метод мониторинга степени полимеризации, чтобы не пропустить момент, когда изделие готово. Взятие образцов на анализ — трудозатратный процесс, который к тому же вредит изделию и требует временного выключения печи, которую затем придется разогревать заново. Если встроить в изделие оптоволоконные датчики, это может повлечь возникновение концентраций напряжений, и пострадают механические свойства армированного полимера. К тому же, потребуется весьма дорогостоящее оборудование. Последний недостаток в целом характерен и для акустического зондирования, и для других применяющихся сейчас подходов.
«Мы разработали дешевый, масштабируемый и гибкий метод мониторинга степени отверждения термореактивных полимеров, — рассказывает один из обладателей патента, ведущий научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха Сергей Абаимов. — Метод предполагает добавление в полимер проводящих электрический ток частиц. Ввиду ряда сложных процессов по мере запекания меняются расстояния между проводящими частицами и туннельные потенциалы. Эти изменения отражаются на общей электропроводности нанокомпозита, причем мы можем зарегистрировать этот эффект обычным мультиметром — это стандартный и недорогой электроизмерительный прибор. Мы знаем, какой отклик датчика соответствует той или иной стадии полимеризации изделия, потому что установили референсные значения в ходе экспериментов».
Исследователи называют свое изобретение встраиваемым наносенсором, но форма реализации зависит от необходимой точности и бюджета. Наиболее совершенный вариант — это сложная наноструктура, которая изготавливается осаждением из газовой фазы и встраивается в запекаемую деталь. В зависимости от запроса производителя и особенностей изделия может использоваться один такой сенсор или сразу много. Самый простой вариант — это одно из множества веществ, проводящих электрический ток, которые могут служить добавками к полимеру: оксиды металлов, углеродные нанотрубки, графен и многие другие. Такое вещество не обязательно должно иметь наноструктурированную или наноразмерную форму — например, исследователи провели успешный эксперимент с электролитическим медным порошком.
«Своего рода бонусом становится то, что наши встраиваемые наноструктуры не просто не вредят механическим свойствам изделия, а даже немного улучшают их, — прокомментировал разработку один из обладателей патента, аспирант Сколтеха Билту Махато. — Наш метод особенно актуален для крупных деталей, которые подолгу запекают в огромных печах и автоклавах. Яркий пример — составные части кораблей и особенно самолетов, в которых доля деталей из термореактивных полимеров достигает 30–50%, например у „Аэробуса-A350“, российского МС-21 и „Боинга-787“. Отдача от оптимизации их производства очень велика».
Telegram 
Дзен 
VK Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Коллектив российских исследователей из Института космических исследований РАН и МФТИ развил теорию холловской магнитогидродинамики так, чтобы она могла описывать тепловую конвекцию в частично ионизованной плазме с учетом вязкости и теплопроводности.
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.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
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