Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали измерительную ячейку для исследования свойств материалов при температурах близких к абсолютному нулю. С помощью нового метода ученые исследуют углепластики, клеящие материалы и металлические изделия, которые используются для создания внеземных аппаратов, в частности космической обсерватории Миллиметрон. Результаты исследований опубликованы в журнале Technical Physics Letters.

При любом изменении условий окружающей среды вещество деформируется. Всем известно, что металлы при нагревании расширяются. Однако не только температура влияет на линейные размеры материалов. Менее известное явление магнитострикции связано с тем, что вещества, обладающие магнитными свойствами, меняют размер при преобразовании состояния намагниченности. В случае пьезоэлектрического эффекта, механические деформации возникают под действием электрического поля. Особо высокие требования к устойчивости материалов предъявляют при проектировании космических аппаратов. Разработчики должны точно знать, как поведет себя изделие при разных внешних условиях.

Красноярские физики разработали и запатентовали уникальную измерительную ячейку – дилатометр, которая позволяет проводить высокоточные измерения сверхмалых деформаций твердых образцов в диапазоне температур от -270 до 80 градусов Цельсия. Кроме воздействия температуры на линейный размер изделия, ячейка позволяет прикладывать магнитное и электрическое поля. Возможна и обратная задача – анализ того, как механические напряжения влияют на магнитные свойства материала. Это первый в России подобный дилатометр.

«Главным преимуществом разработанной ячейки является возможность проводить исследования деформации образца, вызванной магнитострикцией и пьезоэффектом, одновременно прикладывая магнитное и электрическое поля. Кроме этого, существует возможность проводить измерения в условиях вакуума при гелиевых (сверхнизких) температурах, что приближенно к космическим условиям», - пояснил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Александр Фрейдман.

 

Емкостный дилатометр.jpg 

Емкостный дилатометр для работы в составе установки PPMS QD

Измерения выполняются с использованием емкостного конденсатора, который имеет две плоские обкладки. Одна из обкладок – неподвижная, а другая подвешена на специальной мембране и может смещаться. Исследуемый материал помещается в ячейку, где подвижная обкладка емкостного датчика соприкасается с образцом. Подвергаясь внешнему воздействию, образец изменяет свои размеры, это приводит к смещению подвижной обкладки конденсатора. Емкость конденсатора зависит от расстояния между обкладками, его электрическая емкость изменяется. Полученный сигнал пересчитывается в коэффициент линейного расширения необходимый для построения различных математических моделей с использованием экспериментальных данных.

Как пояснил кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Сергей Попков подобные измерительные ячейки не производят массово. Обычно их создают под конкретную установку. Работа красноярских ученых была связана с разработкой оборудования для измерения температурных и оптических характеристик материалов, которые используются при создании российской космической обсерватории Миллиметрон. В результате была создана уникальная ячейка, на изобретение был получен патент РФ.

Ученые планируют усовершенствовать дилатометр. «Сейчас ячейка показывает только продольные изменения размера, то есть внешнее поле можно приложить только в одном направлении. Стоит задача доработать ячейку так, чтобы появилась возможность прикладывать поле вдоль другой оси, чтобы увидеть полную картину происходящего с образцом. В результате мы перейдем от плоского к объемному представлению о поведении изделия», - заключил Александр Фрейдман.

Созданный в рамках космического проекта прибор может найти применение и в наземных исследованиях. С его помощью можно изучать мультиферроики – материалы, которые изменяют свои свойства под действие магнитного и электрического полей. Взаимодействие между магнитной подсистемой и электрическими свойствами открывает широкие возможности для применения мультиферроиков, как функционального материала, например, для высочувствительных датчиков переменного магнитного поля и СВЧ-устройств, таких как фильтров и генераторов.

Исследование поддержано Российским фондом фундаментальных исследований, Правительством Красноярского края, Краевым фондом поддержки научных и научно-исследовательских работ.

Текст, фото: Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН.

Похожие новости

  • 27/05/2019

    Красноярские ученые изготовили миниатюрные полосно-пропускающие фильтры для спутниковых антенн

    ​Лаборатория научного приборостроения Красноярского научного центра СО РАН успешно выполнила заказ AO «Научно-производственного предприятия ”Радиосвязь”» на разработку компактных частотно-полосных пропускающих фильтров.
    266
  • 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.
    1103
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    529
  • 20/10/2017

    Красноярские ученые разработали технологию управляемого синтеза магнитных нанопорошков

     Ученые Института физики им. Л.В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН (КНЦ СО РАН) научились синтезировать магнитные наночастицы с ядром из никеля и непроводящей ток углеродной оболочкой.
    814
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    851
  • 07/03/2019

    Сергей Аксенов: наше исследование – это стартовый этап в создании технологий будущего

    ​Ученые уверены, что век квантовых компьютеров – новых технологий, с помощью которых станет возможным решение задач, неподвластных даже самым мощным современным суперкомпьютерам, уже близок. Но прежде физикам необходимо разрешить ряд трудностей, связанных с их созданием.
    509
  • 10/10/2017

    Красноярские ученые создали гибкое «черное тело» с колоссальной способностью поглощать тепло

    ​Ученые Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали уникальный эластичный поглотитель тепла. Гибкое «черное тело» можно объединить с термоэлектрическими элементами и разместить на человеческой коже.
    1432
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    328
  • 10/04/2019

    ИСС изготовит первый спутник нового типа для ГЛОНАСС в конце текущего — начале следующего года

    ​Спутник нового типа для системы ГЛОНАСС будет изготовлен в конце текущего или начале следующего года, по мере необходимости группировка будет обновляться, сообщил заместитель генерального конструктора ИСС по развитию и инновациям ИСС АО «Информационные спутниковые системы им.
    201
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1547