#материалы

Физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ разработали новый подход к созданию материалов водородной энергетики, основанный на управлении дефектной структурой и иерархической архитектурой материала. Подход позволяет перейти от традиционного подбора составов и добавок к проектированию материалов с заданными характеристиками хранения и транспорта водорода.

Гексаферриты — соединения оксида железа с вытянутой вдоль одной оси кристаллической решеткой — обладают ценными для техники свойствами, включая магнитные. В новой работе ученые МФТИ с коллегами изменили гексаферрит бария, заместив некоторые атомы железа в его составе на алюминий. Это привело к образованию магнитных подрешеток кристалла и придало ему уникальное свойство: сразу два магнитных перехода.

Китай успешно завершил первые в мире 537-дневные испытания материалов на коррозионную стойкость на глубине 10 000 метров. Об этом сообщила Китайская государственная судостроительная корпорация.

Лесовозные дороги сегодня важны для вывозки сырья и связи между удаленными территориями. Однако из-за слабых грунтов, сурового климата и высоких нагрузок от тяжелой техники они быстро разрушаются. Традиционно их строят из щебня и песка, но на переувлажненной или промерзающей земле такие конструкции деформируются и требуют частых ремонтов. Поэтому для укрепления дорог все чаще применяют геосинтетические материалы — полимерные прослойки, которые удерживают полотно от сдвига и отводят воду. Проблема в том, что действующие российские нормативы учитывают их влияние лишь усредненно, что не позволяет точно спрогнозировать поведение дороги на конкретном грунте. В итоге проектировщики либо закладывают избыточные слои материалов, либо недооценивают нагрузки и получают недолговечную конструкцию. Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали методику количественной оценки влияния геосинтетики на прочность путей. Она позволяет заранее рассчитывать, во сколько раз вырастет устойчивость дороги в зависимости от типа грунта и жесткости прослойки. Это поможет не только сократить затраты, но и строить более надежные конструкции даже в сложных природных условиях.

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.

Современные авиационные материалы должны быть легкими и сверхпрочными, чтобы выдерживать высокие нагрузки. Для этого в основной металл добавляют другие металлы — их называют легирующими элементами. Они помогают создать сложную внутреннюю структуру: микроскопические кристаллы (зерна), границы между ними и мелкие включения. Именно эти включения могут значительно повысить прочность сплава. Ученые Пермского Политеха создали математическую модель, которая показывает, как такие частицы влияют на поведение материала и внутри зерен, и на их границах. Реакция сплава на экстремальные нагрузки зависит от того, как расположены элементы структуры, а также от размера и состава включений. Модель поможет ускорить разработку новых сплавов: инженеры смогут заранее, на этапе проектирования, оценивать поведение материала и подбирать структуру, которая обеспечит нужные прочность, пластичность и долговечность.

Исследовательская группа из Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ) и других научных организаций России и Индии провела системное исследование процесса селективного лазерного плавления алюминиевой бронзы. Этот материал перспективен для применения в компонентах, работающих в условиях интенсивного теплового воздействия и требующих эффективного отвода тепла, — например, в теплообменниках, охлаждаемых элементах энергетических установок и корпусах силовой электроники. Результаты открывают возможность производить сложные по форме компоненты с помощью селективного лазерного плавления, которые по прочности и теплопроводности не уступают традиционным литым аналогам, а по ряду характеристик превосходят их.

Ученые создали материал, содержащий ионы металлов иттербия, тербия и европия и способный преобразовывать ранее недоступный диапазон инфракрасного излучения в видимый свет. Кроме того, полученное соединение нетоксично для живых организмов, благодаря чему может использоваться для визуализации тканей, лежащих глубоко под кожей. Разработка будет полезна в биомедицине для высокоточного наблюдения за процессами внутри организма в реальном времени.

Когда вы едете по новому мосту, летите в самолете или видите ветряк на горизонте, вы, скорее всего, смотрите на стеклопластик — материал, который в 5 раз легче стали, не ржавеет и не боится химии. Однако серьезные повреждения в нем часто развиваются внутри и остаются невидимыми. Их можно услышать, но до сих пор остается малоизученным, как «звучит» каждое конкретное повреждение. Ученые Пермского Политеха системно изучили звуки, которые издает стеклопластик при разрушении. Они впервые в России разработали способ для имитирования нанесения внешних дефектов с регистрацией акустических сигналов. Теперь, анализируя их, можно точно диагностировать внутренние повреждения и предотвратить аварию.

Китай добился создания полностью сверхпроводящего магнита с индукцией 35,6 тесла, установив новый мировой рекорд. Об этом сообщила Китайская академия наук (CAS).

Ученые из МФТИ и Китая разработали новую методику совмещения разномасштабных изображений. Она позволяет получить точные изображения структуры сложных пористых сред, что важно для нефтегазовой отрасли, строительства и экологии.

Технологии нанесения защитных покрытий переживают революцию, и ее драйвером становится плазма. Сегодня этот метод уже позволяет создавать такие структуры, которые невозможны при традиционном окрашивании или термообработке. Одним из перспективных направлений в этой области выступают плазменные покрытия из полимерных смесей на основе порошковой эпоксидной смолы, исследованные инженерами UST Inc.

Ученые МИЭМ ВШЭ совместно с коллегами из Китая нашли способ повысить долговечность перовскитных солнечных батарей. Они решили проблему с утечкой йода из материала. Для этого в перовскит добавили молекулы четвертичного аммония, которые образуют прочную электростатическую пару с ионами йода и фиксируют их в кристалле. Теперь элементы сохраняют более 92% мощности после тысячи часов работы при 85 °C.

Российские исследователи собираются ускорить создание материалов, необходимых для строительства атомных реакторов. Сейчас испытания занимают до десяти лет, но с помощью ионного ускорителя разработчики смогут сократить их до трех месяцев. 

Новые материалы позволяют построить атомные реакторы и для полетов в космос, и для получения зеленой и более дешевой электроэнергии на Земле. Технологии, лежащие в основе их создания, помогают даже выращивать биологические ткани для замены поврежденных. Мы поговорили обо всем этом с научным руководителем направления «Материалы и технологии» Госкорпорации «Росатом», первым заместителем директора частного учреждения «Наука и инновации» Алексеем Дубом.

Ученый из лаборатории компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Андрей Катанин усовершенствовал классическую теорию вычисления обменных взаимодействий в магнитных материалах. Его подход открывает новые возможности для предсказания магнитных свойств материалов, что важно для развития спинтроники и квантовых технологий.

Общество по-разному использует волокна. Они необходимы для создания одежды и промышленного производства. Синтетические волокна, созданные на основе нефти, вредны для экологии. Они вносят значительный вклад в загрязнение микропластиком. Японские исследователи разработали природный материал, который не только экологичен, но и прочен. Создают эти волокна мешочные черви.

Полимерные покрытия многие годы служат основой защиты различных металлоконструкций. Они применяются как в бытовой технике, так и на сложных инженерных объектах, в том числе и в транспортных системах. Однако в транспортной отрасли, особенно там, где создаются крупногабаритные и аэродинамически сложные машины, традиционные технологии порошкового окрашивания оказываются недостаточно эффективными. Подвижной состав для комплексов uST имеет уникальный дизайн с большой площадью остекления и требует идеального качества покрытия. Из-за этого белорусские инженеры столкнулись с задачей, которую оказалось невозможно решить стандартными методами.

Исследователи Университета МИСИС предложили новый подход к переработке мелкодисперсных отходов коксохимического производства в высокопрочные брикеты с улучшенными свойствами. В перспективе метод позволит возвращать вторсырье в производственный цикл и создавать из него твердое топливо для доменного и ферросплавного производств.

Современная промышленность остро нуждается в таких материалах, как терморасширенный графит, сочетающий сверхлегкость, жаропрочность и способность поглощать различные загрязнения — от тяжелых металлов до токсичных паров. Однако традиционные промышленные методы очистки повреждают слоистую структуру, лишая ее уникальных свойств. Решение нашли ученые Пермского Политеха: очистка солями аммония не только обеспечивает чистоту 99,98%, но и не нарушает целостность вещества. Этот подход открывает путь к массовому производству перспективных материалов. Уже сегодня терморасширенный графит незаменим для создания термостойких уплотнений в авиадвигателях, эффективных сорбентов и специальных покрытий, а в перспективе его свойства позволят совершить рывок в развитии гибкой электроники, передовых систем хранения энергии и фильтрации нового поколения.