#материалы

Ученые Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ из Долгопрудного, Института сильноточной электроники СО РАН и Института физики прочности и материаловедения СО РАН из Томска показали, как тонкое аморфное покрытие из сплава железа и гадолиния «перестраивает» внутреннюю магнитную структуру при охлаждении. Результаты представляют интерес для разработки магнитных сенсоров, спинтронных устройств и магнитокалорических систем охлаждения.

Международный коллектив исследователей получил новый гидратированный борат серебра состава Ag2[B8O12(OH)2]. Его кристаллическая структура построена из сильно гофрированных бор-кислородных слоев. Система водородных связей связывает каждый слой не только с ближайшими, но и с более удаленными слоями, проникая через кольца промежуточных слоев. Это размывает традиционную границу между слоистыми и каркасными структурами.

28 сентября отмечается День работника атомной промышленности. Развитие этой отрасли требует передовых технологий и материалов, рассчитанных на длительную работу в сложных условиях. В России этим занимаются специалисты в рамках федерального проекта «Специальные материалы и технологии атомной энергетики» национального проекта «Новые атомные и энергетические технологии». Он предусматривает исследование перспективных материалов и развитие инфраструктуры, необходимой для создания и испытаний технологий атомной энергетики нового поколения.

В конструкции Pista GP R3 внешние панели могут смещаться относительно основной оболочки. Производитель рассчитывает таким способом уменьшить передачу вращательного движения голове при падении.

Всего 20-30 лет назад большинство женщин ходили на каблуках, а большинство мужчин — в обуви, подошва которой серьезно нагружала позвоночник и мышцы спины. Если задуматься, факт поразительный: 20 тысяч лет назад, в палеолите, таких проблем человечество вообще не испытывало. Как так получилось и что новые материалы делают, чтобы все эти сложности стали прошлым?

Представьте: вы мчитесь на горном велосипеде по пересеченной местности. Каждый раз, когда вы едете по неровной дороге, велосипед испытывает циклические нагрузки в сотни и тысячи ударов и вибраций. В один прекрасный момент карбоновая рама не выдерживает и лопается. И дело не в том, что она была сделана плохо. Просто в карбоне, как и в любом композитном материале, повреждения накапливаются незаметно: сначала трескается связующая смола, потом рвутся отдельные углеродные волокна, и лишь спустя время возникает видимая трещина. Этот процесс называют усталостью материала, и он опасен своей скрытностью. Современная авиация, ракетно-космическая техника, лопасти ветрогенераторов и корпуса скоростных поездов — все это строится на композитах. И если пропустить начало разрушения в них последствия будут гораздо серьезнее. Но как вовремя заметить этот процесс? Ученые Пермского Политеха разработали метод, который позволяет буквально видеть, как «устает» материал. Это дает возможность не пропустить момент зарождения трещины и понять, как разрушается композит, что важно для прогнозирования ресурса детали.

Добыча трудноизвлекаемой нефти требует закачки в скважину геля для создания трещины и доставки специальных распорок, чтобы разломы не закрывались. После операции его нужно полностью удалить, иначе он закупорит поры и остановит добычу. Для этого используют специальные химические вещества — разрушители. Обычные такие средства срабатывают слишком рано, еще во время закачки, когда гель еще нужен. А пластиковые капсулы, в которые разрушители прячут для отсрочки, не выдерживают высокой температуры и огромного давления на глубине — они размягчаются и освобождают состав преждевременно. Ученые Пермского Политеха совместно с китайскими коллегами создали капсулы, которые выдерживают экстремальные условия, срабатывают точно тогда, когда нужно, и стоят в три раза дешевле пластиковых аналогов. Все это делает их идеальным решением для добычи трудноизвлекаемой нефти на больших глубинах.

Международная исследовательская группа с участием профессора Центра инженерных систем и наук Сколтеха Александра Корсунского впервые в мире провела прямое измерение механических напряжений в зоне контакта между алмазным индентором и сложным наноструктурированным покрытием с разрешением менее 80 нанометров. Используя синхротронную рентгеновскую нанодифракцию на синхротроне ESRF в Гренобле, ученые показали, что многослойное покрытие из керамического ZrN с прослойками аморфного сплава ZrCu на 30% эффективнее рассеивает упругую энергию по сравнению с монолитным аналогом, предотвращая распространение трещин. Результаты дают инженерам прямые количественные критерии для проектирования защитных покрытий нового поколения.

Физтехи с коллегами из Российского квантового центра и Индийского института науки в Бангалоре создали подход, позволяющий получать высококачественные сантиметровые пленки магнитного полупроводника CrCl₃ с размером кристаллитов около 10 микрометров всего за несколько минут. Добиться таких результатов помогла модификация классического метода осаждения из газовой фазы: ученые ликвидировали все возможные причины снижения качества покрытия, от следов влаги и кислорода, до инфракрасного излучения от нагревательных элементов установки.

Фрезы, сверла и резцы проходческих комбайнов работают в экстремальных условиях и быстро выходят из строя. Продлить им жизнь помогают специальные покрытия, но традиционные варианты уже не выдерживают нагрузок современного оборудования. Ученые ПНИПУ нашли способ сделать защиту инструмента в несколько раз эффективнее. Они впервые в мире определили оптимальные параметры напыления перспективного соединения ZrAlN: оно получилось в несколько раз тверже стали, с низким коэффициентом трения, способно выдерживать нагрузку более семи килограммов при высокой температуре, при этом по цене сопоставимо с аналогами. Инструмент с такой обработкой служит дольше, реже требует замены и позволяет работать быстрее. Для предприятий это означает снижение затрат и увеличение объемов выпуска.

Ученые из МФТИ и Регионального центра нанотехнологий Юго-Западного государственного университета (Курск) синтезировали наночастицы для тераностики. Наночастицы оксида гадолиния Gd₂O₃, легированные ионами редкоземельных элементов, могут одновременно работать как МРТ-контрастный агент и как потенциальный сенсибилизатор для фотодинамической терапии опухолевых новообразований. Такие материалы в перспективе могут помочь сделать лечение онкологических заболеваний более эффективным и управляемым.

Химики определили истинную структуру гидроксиламина — вещества, используемого при получении нейлона и лекарств — в кристаллической форме. Кроме того, ученые впервые в мире экспериментально «поймали» скрытую форму этого соединения — ранее никому не известный циклический димер. Этот прорыв упростит синтез новых стабильных кристаллических материалов на основе гидроксиламина.

Ученые Сургутского государственного университета совместно с учеными Томского политехнического университета разработали способ переработки тяжелых нефтяных остатков с помощью электродуговой плазмы в графитоподобный углерод — основу для синтеза карбидных материалов, востребованных в промышленности и электронике.

Ученые КНИТУ-КАИ предложили усовершенствованную пресс-форму для компрессионной консолидации в вакууме композиционных материалов и пластмасс с герметичной внутренней полостью. Изобретение относится к области обработки материалов давлением при воздействии вакуума, в частности к устройствам с герметичной внутренней полостью для компрессионной консолидации термопластичных композиционных материалов.

Чтобы спутник не потерял ориентацию в космосе, мощный лазер бил точно в цель, телескоп разглядел свет далеких галактик, а рисунок микросхемы вышел без единого дефекта, нужен материал с уникальными свойствами. Он должен работать при высоких температурах и при этом оставаться прозрачным в ультрафиолете. На практике такими характеристиками обладает сверхчистое кварцевое стекло. Производят этот материал в США, Германии и Японии, при этом традиционная технология его изготовления основана на использовании токсичных хлорсодержащих веществ. Ученые Пермского Политеха разработали отечественный способ создания такого стекла, полностью исключающий вредные выбросы. Полученный материал имеет пропускание более 80% в ультрафиолетовой области на длине волны 190 нанометров и более 90% в видимой области спектра — это уровень лучших мировых аналогов.

Российские ученые разработали защитное покрытие для биорезорбируемых магниевых сплавов, которое позволяет замедлить коррозию материала и существенно уменьшить образование газа при его растворении в биологической среде.

Исследователи из Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ) совместно с коллегами из Харбинского политехнического университета и Университета Цзянсу (Китай) опубликовали работу, в которой представили первую эмпирическую модель для объяснения и прогнозирования сенсорного поведения иерархических трехфазных систем на основе углеродных нанотрубок в широком диапазоне температур (от –170 °C до 90 °C).

Ученые теоретически предсказали устойчивый к нагреву двумерный материал на основе нитрида цинка и ванадия, который эффективнее некоторых аналогов поглощает ультрафиолет и преобразует его энергию в электрический заряд. Благодаря таким свойствам новое соединение потенциально может стать основой для создания миниатюрных фотодетекторов, солнечных батарей и гибких оптоэлектронных устройств.

Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина разработали синтетическое масло для газопоршневых двигателей, позволяющее снизить расход топливного метана на семь процентов. Продукт разработан в целях импортозамещения в сфере энергетики. Разработка открывает новые возможности распределенной энергетики на Крайнем Севере, Дальнем Востоке и других территориях без центральных сетей.

Слушатели узнают, почему замена пакетов на экомешочки не решает глобальную проблему и что на самом деле происходит с микропластиком, попадающим в организм.

Статуя Свободы не всегда была зеленой. После открытия в 1886 году ее медная облицовка имела рыжевато-коричневый цвет, но постепенно потемнела, а затем покрылась зеленой патиной. Разбираемся, сколько времени заняло это превращение и почему оно защитило монумент от разрушения.

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.

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.

От стабилизации сердечного ритма до точности космических аппаратов — везде требуется кварц. Этот хрупкий минерал незаменим при производстве процессоров смартфонов, оптических элементов лазерных систем, деталей космической техники, медицинских кардиостимуляторов и ультразвуковых датчиков. Он используется в волоконно-оптических линиях связи, высокоточных научных приборах и защитных стеклах космических аппаратов. Мировой рынок этого универсального минерала уверенно растет: при текущей оценке в 7,31 миллиарда долларов и рыночной стоимости в 1,2 миллиарда долларов в 2024 году, к 2029 году его объем достигнет 8,98 миллиарда долларов. Однако его обработка остается сложным вызовом для высокотехнологичных отраслей: малейшая ошибка при сверлении ведет к сколам, трещинам и браку дорогостоящих компонентов. Ученые ПНИПУ разработали одно из первых в мире готовых решений для сверления хрупкого кварца. Результаты уже сейчас позволяют производителям сократить время обработки на 40%, снизить процент брака и заменить дорогие импортные аналоги эффективной отечественной разработкой.

Научный журналист и член редсовета Naked Science Егор Быковский беседует с представителем научного дивизиона госкорпорации «Росатом» Артуром Гареевым о графите — что это за материал, каковы его ключевые свойства и области применения и почему сегодня к нему приковано столько внимания.

Международная группа ученых под руководством физиков из Центра фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института (МФТИ) экспериментально доказала, что электроны в графене могут вести себя как особая «томографическая жидкость». В такой жидкости коллективные возмущения (сложно устроенные волны) разного типа затухают с кардинально разной скоростью, что открывает новые перспективы для электроники.

Белорусские инженеры разработали методы, позволяющие бетону «чувствовать» внутренние процессы – отслеживать температуру, влажность и напряжения в реальном времени. Эти разработки легли в основу совершенствования опор рельсо-струнного комплекса uST.

24 октября — День нейлоновых чулок. Эта дата символизирует настоящую революцию в мире моды и технологий: в 1939 году в США состоялся первый массовый выпуск этой продукции. Благодаря прочности и стойкости нейлона к истиранию, его применяют в самых неожиданных сферах жизни. Ученый Пермского Политеха рассказал, где его используют сегодня, и какие мифы существуют об этом материале.

Работая со сплавами Гейслера, которые обеспечивают высокоэффективное и экологически безопасное охлаждение в конструкции холодильников и тепловых насосов, физики Томского государственного университета усовершенствовали структуру поликристаллов сплава NiFeGa(Co). К нему был добавлен бор, и новый материал NiFeGaCoB показал значительный охлаждающий эффект в широком интервале температур – до 125°С. Кроме того, специальная термомеханическая обработка полученного сплава сделала его прочным и пластичным, что несвойственно поликристаллам в обычном состоянии. Такие результаты дают возможность повысить качество и при этом удешевить производство деталей для тепловых насосов, холодильников и охлаждающих устройств с микроэлектронной «начинкой», к примеру, компьютеров и мобильных телефонов.

Специалисты UST Inc. разработали технологию получения кожи из грибов, продолжая следовать философии компании, основанной на создании экологичного транспорта и бережном отношении к природе. Организация стремится использовать исключительно безопасные для окружающей среды материалы, такие как кожа на грибной основе, которую можно производить и на Земле, и даже в космосе.

Команда исследователей с участием сотрудников МИЭМ ВШЭ показала, что дефекты в материале могут не снижать, а, наоборот, усиливать сверхпроводимость. Это возможно благодаря взаимодействию дефектных и более чистых областей, которое образует «квантовый клей» — однородную компоненту, связывающую разрозненные сверхпроводящие участки в единую сеть. Расчеты подтвердили, что такой механизм может помочь в создании сверхпроводников, работающих при более высоких температурах.