#композиты

Ученые НИЯУ МИФИ придумали, как стабилизировать пористые материалы на основе гетероструктур из графена и борофена. По их мнению, новые материалы смогут найти применение в качестве анодов и катодов в батареях, а изготовленные из них мембраны станут основой высокопроизводительных эффективных фильтров.

Человек от природы не обладал мощными когтями или длинными клыками, поэтому главным его оружием стал мозг. Палка удлинила руки, отесанный камень побеждал зверя. Но у Вселенной нет цели помогать человеку — и лодки из дерева гнили, соломенные хижины годились только для лета, а оружие из подручных материалов имело ограниченную убойную силу. И тогда человек придумал комбинировать доступные материалы между собой. Очень задолго до промышленной революции и научной эпохи родились первые композитные материалы. Как они развивались и есть ли у них будущее при текущем уровне прогресса?

Химики Университета Лобачевского разработали способ получения плотной инфракрасно-прозрачной композитной керамики Y2O3-MgO методом микроволнового спекания. По прочности материал может конкурировать с лучшими однофазными оптическими материалами. Оптическое пропускание в среднем инфракрасном диапазоне, высокая теплопроводность и микротвердость делают керамику особенно перспективной для использования в оборонной промышленности. Например, её можно применять в производстве аэрокосмических аппаратов, которые работают в условиях интенсивных тепловых и механических нагрузок, в частности, для создания обтекателей ракет с тепловым наведением.

Исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали защитные покрытия на основе углеродных нанотрубок, которые упрочнят элементы оптоэлектроники и защитят их от воздействия внешних факторов.

Сегодня в авиа- и машиностроении из-за своей прочности и легкости особую популярность приобрели смешанные пакеты полимерных композиционных материалов с титановыми или алюминиевыми сплавами. Но обработка таких многокомпонентных слоистых структур имеет ряд трудностей. При механической обработке довольно вязких титановых сплавов сильно повышается температура и происходит защемление режущего инструмента. В то же время полимерные композиционные материалы чувствительны к нагреву, что вызывает необходимость охлаждения зоны разрезания. Так как титановые сплавы относятся к важнейшим стратегическим конструкционным материалам для летательных аппаратов, создание смазки, повышающей эффективность обработки материала, является актуальной задачей. Жидкие смазочно-охлаждающие средства неприемлемы для этих целей из-за влагопоглощения полимерных композиционных материалов. Для решения этой проблемы ученый Пермского Политеха разработал новый уникальный состав твердой смазки. Отечественная разработка обладает высокими смазывающими и антифрикционными свойствами, а также более эффективна при механической обработке отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов.

В ответственных конструкциях авиационного, космического и нефтехимического производства используют полимерные композиционные материалы. В частности, часто применяют слоисто-волокнистые и пространственно-армированные композиты. Из них изготовляют лопатки, корпуса и фюзеляжи авиадвигателей. В процессе эксплуатации они находятся под комплексным воздействием внешних нагрузок. К ним относятся птицы и камни на взлетно-посадочной полосе, град. Это влияет на механические свойства конструкций. Ученые Пермского Политеха создали методику, с помощью которой впервые можно проводить испытания полимерных композитов в условиях комбинированного воздействия различных нагрузок и температур в процессе эксплуатации. Это позволит отслеживать прочность, долговечность и оценивать ресурс важных промышленных конструкций. Методика поможет расширить данные о механическом поведении отечественных авиационных композитов.

Исследователи из Сколтеха усовершенствовали метод пултрузии для производства термопластичных композитных профилей — укрепленных искусственным волокном полимеров с постоянным сечением. Эти легкие и прочные материалы из пластика и стекло- или углеволокна не ржавеют, пригодны для переработки и сварки и могут однажды заменить сталь и алюминий в строительстве или судостроении. Пока они по большей части производятся и исследуются в лабораториях.

За счет малого веса, высокой устойчивости к коррозии и высоким температурам полимерные композиты значительно превосходят металлические сплавы по механическим свойствам. Сегодня из композиционных материалов создают буквально все подряд: от деталей самолетов и ракет до гоночных автомобилей и водоплавающих средств специального назначения, от бейсбольных бит до гоночных велосипедов. Проблема в том, что полимерный материал не поддается сварке, единственным вариант его скрепления — механическое соединение с использованием крепежных элементов и клея. Для заклепок и небольших крепежных деталей путем сверления изготавливаются отверстия, которые приводят к дефектам изделия. Ученые Пермского Политеха провели сравнительный анализ влияния режущего инструмента на качество получаемых отверстий и нашли способ, который позволяет создавать отверстия с полным отсутствием расслоения материала. Предложенная стратегия сверления обеспечит импортозамещение и получение отверстий высокого качества в различных областях применения полимерных композиционных материалов.

Ученые Томского политехнического университета выяснили, как изменяются микроструктура и свойства наноразмерных многослойных покрытий с чередующимися слоями циркония и ниобия после облучения протонами. Данные, полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований, помогут в разработке композитов для ядерной энергетики, устойчивых к водородным и радиационным повреждениям.

Аспирант ТПУ в рамках совместного проекта с минским Институтом тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова разработает технологию получения борида хрома для создания композитных материалов с высокой коррозийной стойкостью, которые могут использоваться в нефтедобывающей промышленности. Она основана на методе высокотемпературного электродугового синтеза. Это принципиально новая технология, ранее не применявшаяся для синтеза борида хрома.

Полимерные композиционные материалы сегодня используют в аэрокосмической, авиационной и оборонной промышленности, в создании судов и автомобилей. При обработке на поверхности изделий образуются дефекты, и даже малейшие «несовершенства» могут привести к необратимым последствиям. Ученые Пермского Политеха разрабатывают технологию, которая повысит качество деталей.

Исследователи Томского политехнического университета создали принципиально новые материалы для потенциального применения в авиакосмической и транспортной отраслях. Они изготовлены из прекерамической бумаги и представляют собой многослойные ламинированные композиты. Предложенный подход позволил специалистам Инженерной школы ядерных технологий ТПУ получить более прочные по сравнению с аналогами функциональные материалы. В перспективе их можно будет использовать в элементах конструкций, которые подвергаются воздействию высоких температур и механических нагрузок.

Исследователи из Пермского Политеха разработали уникальную технологию, которая позволяет мгновенно отслеживать разрушение ответственных конструкций. Это можно будет сделать с помощью Smart-слоев – оптоволоконных «нитей», которые внедряются внутрь изделий из композитных материалов, а также их можно крепить на поверхность готовых конструкций. Разработка, у которой пока нет аналогов в мире, поможет проводить мониторинг состояния изделий в режиме реального времени без остановки рабочего процесса производства.

Международная группа ученых синтезировала новый композитный материал на основе гексаферрита бария и парафина для применения в антенных технологиях для беспроводной передачи данных в СВЧ-диапазоне. Разработанный материал пропускает 99,77 процентов входного сигнала без искажения или ослабления.

Сегодня в авиастроении часто используют полимерные композиционные материалы, но они склонны к расслоению. Поэтому для их укрепления применяют специальные 3D-ткани. Ученые Пермского Политеха впервые провели комплексные испытания таких композитов на прочность. По их словам, изучение процессов деформирования и разрушения позволит сделать современные самолеты более долговечными и надежными.

Ученые Сколтеха и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Германии исследовали фундаментальные свойства нанокристаллов галогенидных перовскитов, имеющих перспективы применения в качестве нового класса материалов для оптоэлектроники. Выполнив комплекс теоретических и экспериментальных исследований, ученые показали и обосновали наличие сложных взаимосвязей между составом материала, динамикой изменения его кристаллической решетки под воздействием света и стабильностью материала.

Ученые из России исследовали влияние различных способов обработки резиновой крошки и нашли способ уменьшить отрицательное влияние на экологию утилизации резиновых отходов. Измельченные старые шины включат в состав геополимеров — новых экологичных материалов. Наилучший результат показало воздействие водным раствором перманганата калия — полученные материалы обладают увеличенной прочностью и могут быть использованы в строительстве.

Исследовательская группа из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам изучила влияние технологических добавок гидроксида алюминия и стеарата цинка на кинетику полимеризации термореактивных смол, используемых в пултрузии. Это поможет оптимизировать производственные технологии и увеличить рентабельность изготовления композитных конструкций.

Ученые постоянно придумывают новые материалы, которые сулят индустрии совершенно новые свойства, способные перевернуть ту или иную технологию. Но придумать такие материалы мало – необходимо найти эффективный способ их обработки. Более того, зачастую композиты получаются благодаря добавлению микро- или даже наночастиц в основную структуру, поэтому необходимо разработать способ контроля за тем, чтобы все частицы легли на свое место без мельчайших, незаметных глазу, отклонений. В Университете ИТМО усовершенствовали технологию локальной обработки таких композитов на основе пористого стекла с добавлением серебра и меди. Теперь можно в процессе обработки с очень высокой точностью предсказать оптические свойства получившегося плазмонного элемента.

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Египта, Бразилии и Индии выявили оптимальный состав композита для использования в микроволновых диапазонах. Материал особенно перспективен для уменьшения электрических потерь в антеннах 5G-связи.