​Морская раковина - удивительно красивое творение природы. Все знают, что если прислонить ее к уху, то услышишь шум прибоя, вспомнишь о мягком песке, теплых летних днях. Но, оказывается, это еще и эталон, достичь которого стремятся ученые-материаловеды из разных стран, работающие над созданием материалов нового поколения! 

В течение 11 лет Томский ​научный центр Сибирского отделения РАН занимается созданием многослойных металло-интерметаллидных композиционных материалов и моделированием процессов их разрушения. По этой теме налажено взаимодействие с китайскими партнерами.

"Перед нами стояла задача спроектировать, синтезировать многофункциональные соединения с оптимальным набором микроструктур и найти дешевые способы их получения, - рассказывает заместитель начальника отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН Сергей Зелепугин. - Интересно, что саму идею тут подсказала природа: в ходе исследования раковин морских моллюсков в них обнаружилось большое количество тонких слоев. Благодаря этому они обладают выдающимися механическими свойствами, несмотря на то что состоят из непрочных элементов - карбоната кальция (CaCO3) и ряда органических связующих веществ".

Сейчас авиационная и машиностроительная отрасли как никогда остро нуждаются в качественно новых легких материалах с заданным набором структурных и функциональных свойств, обладающих исключительной стойкостью к внешним воздействиям. Зачастую в одном материале должно сочетаться, на первый взгляд, несовместимое, например, высокая прочность и низкая плотность, износостойкость и электропроводность, жаропрочность, коррозионная стойкость и теплопроводность. Ни один обычный металл или сплав, полимер или керамика не могут обеспечить все это в комплексе! Только объединение нескольких материалов в единое структурное целое, то есть создание композиции, позволяет получить новый материал, свойства которого отличаются от свойств его составляющих.

Даже беглого взгляда на ракушку достаточно, чтобы увидеть ее многочисленные слои. Новые материалы формируются по соответствующему принципу.

Конструкция слоистых композитов зависит от целей, которые ставит перед собой разработчик. Некоторые из них формируются из одинаковых повторяющихся слоев, а другие - из совершенно разных. Отдельные слои, входящие в состав композита, могут иметь непрерывную или дискретную (чешуйчатую, волокнистую) структуру и различную пространственную ориентацию.

Материаловеды разных стран - России, США, Китая - активно работают над созданием подобных "раковин". В последние годы в качестве новых перспективных материалов рассматриваются металло-интерметаллидные слоистые композиты. Это направление активно развивается в Томском научном центре СО РАН.

"Интерметаллиды - один из классов металлических материалов с особым типом химических соединений разных металлов, от сплавов они отличаются прочными химическими связями, - поясняет С.Зелепугин. - Интерметаллиды обеспечивают повышение коррозионной стойкости, имеют в 20 раз более высокую радиационную стойкость, что особенно важно для космических аппаратов, в пять раз большую удельную прочность".

Но до того, как любой новый материал будет внедрен в промышленность, впереди его ждет длинный путь - сотни (если не тысячи) различных испытаний, призванных доказать, что он не подведет! Поэтому при анализе поведения новых материалов огромное значение имеет использование численных моделей, с помощью которых и описываются различные процессы, происходящие с материалами. Томск является одним из ведущих российских центров численного моделирования в механике деформируемого твердого тела: работы по этой тематике ведутся в ТНЦ​ СО РАН, ТГУ. Одна из исключительных особенностей томской школы - создание собственных высокоэффективных программных комплексов, с помощью которых можно решить задачу практически любой степени сложности.

Работа С.Зелепугина по этой тематике, представленная в 2011 году на конференции Американского физического общества в Чикаго, вызвала огромный интерес одного из ведущих китайских исследователей Фенг Чунг Джанга, профессора Харбинского инженерного университета. В течение двух последних лет он инициировал приглашение томской делегации на научные мероприятия, проводимые в Харбине. Затем был подписан меморандум, благодаря которому удастся активизировать и вывести на международный уровень развитие целого ряда направлений, включая и численное моделирование процессов разрушения.

"В Китае очень динамично ведется разработка многослойных металло-интерметаллидных композиционных материалов, что же касается методов численного моделирования, то они находятся в Поднебесной не на столь высоком уровне. Поэтому мы видим огромный интерес к нашему программному комплексу, благодаря возможностям которого можно составить модель того, как будет протекать процесс разрушения того или иного материала, каким будет оптимальный механизм нагружения его слоев. У этого направления сотрудничества есть очень хорошие перспективы", - отметил С.Зелепугин.

Ольга БУЛГАКОВА

Похожие новости

  • 04/09/2015

    Новое защитное покрытие - для космических кораблей

    ​​​​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно со специалистами Института физики прочности и материаловедения СО РАН представили специальное покрытие для стекол иллюминаторов космических кораблей, которое способно защитить их от пыли и космического мусора.
    942
  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    129
  • 07/04/2017

    Томские ученые усовершенствовали лазерный монитор

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН (ИОА СО РАН) создают усовершенствованный лазерный монитор, позволяющий наблюдать за быстропротекающими процессами, которые скрыты от глаз мощной засветкой.
    361
  • 04/02/2016

    Томские ученые разработали новую стратегию лечения рака

    ​​​​Ученые разработали наноразмерные агенты, которые заставляют голодать раковые клетки, что приводит к замедлению их роста и развития, сообщает пресс-служба Томского политехнического университета (ТПУ).
    1461
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    1119
  • 21/10/2015

    Российские ученые создали аналог природной кости

    Всегда приятно услышать про случаи, когда отечественная наука оказывается на высоте. Теперь у нас есть еще один повод гордиться нашими замечательными учеными. В этот раз порадовали специалисты из Томского государственного университета и Института физики прочности и материаловедения (ИФ​ПМ СО РАН​).
    920
  • 01/11/2016

    Томские ученые разработали простой метод измерения нанопор

    Ученые Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (Томск) разработали новый метод измерения диаметров нанопор, который поможет производить улучшенные сенсоры, фильтры, катализаторы и инновационные материалы.
    469
  • 26/01/2016

    Томские ученые используют 3D-принтер для создания миниспутников

    ​Элементы миниспутника Томского политехнического университета (ТПУ), который запустят на орбиту весной этого года, будут напечатаны на 3D-принтере, сообщил ТАСС директор Института физики высоких технологий вуза Алексей Яковлев.
    863
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    773
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    773