Команда ученых из Сколковского института науки и технологий и Национального технологического университета МИСиС (НИТУ «МИСиС») создала универсальный метод механических испытаний сложных материалов, который поможет лучше контролировать их состояние.

По словам исследователей, их метод позволяет им определять места сосредоточения деформации в микронном масштабе и, следовательно, заранее определять места трещин и предлагать решения для предотвращения деформации материала. Изучение результаты были опубликованы в научном журнале Polymers (Базель).

Необходимо понимать, как распространяется деформация в горючих сланцах, авиационных композитах, жаропрочных сплавах для двигателей и других материалах со структурной иерархией.

«До недавнего времени не существовало простого и универсального метода анализа деформации таких материалов в микронном масштабе, который позволил бы изучить и улучшить их внутреннюю структуру», - отметил профессор Александр Корсунский, руководитель исследовательской группы Сколтеха.

«Где зарождается деформация? Все знают: «Там, где тонко, рвется» ... Так откуда же нам знать, куда положить траву? Где эти проблемные места развиваются во внешне однородном материале? Как заранее узнать, как развиваются переломы? Для этого нужно научиться видеть, как распределяются напряжения в материале при его деформации », - сказал Александр Корсунский.

Методика механических испытаний, предложенная специалистами университета, подразумевает наблюдение ступенчатой ​​деформации материала внутри камеры электронного микроскопа и синхронную съемку с разрешением на уровне долей микрона.

В ходе исследования ученые поместили образцы пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), разработанного в НИТУ «МИСиС», в вакуумную камеру растрового электронного микроскопа вместе с миниатюрной машиной для механических испытаний.

Сотни фотографий, полученных с помощью специального программного обеспечения, затем были обработаны методом цифровой корреляции изображений.

В результате учеными Сколтеха и НИТУ «МИСиС» были получены подробные карты распределений микродеформации, описывающие изменение концентраций напряжений в различных областях материала. Ученые обнаружили, что деформация при сжатии материалов не является равномерной, а происходит за счет образования полос, которые постепенно удлиняются и поглощают весь объем материала.

«Используя тесты полиэтилена, мы научились строить« живые карты »деформаций внутри сложного пористого материала, когда он подвергается нагрузкам. Анализ этих микродеформаций позволил выявить зоны локализации деформации, в которых сосредоточены деформации при испытании образца, а значит, и в процессе работы изделия. Раньше такие узкие зоны были только теоретическими, - рассказал доцент кафедры физической химии НИТУ «МИСиС» Алексей Салимон.

По словам ученых, предлагаемый метод прост, универсален и может быть быстро распространен в лабораториях, оснащенных приборами, обеспечивающими получение цифровых изображений с достаточным разрешением.

Исследуемый пористый полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ) широко используется в медицине, например, для замены костных и хрящевых фрагментов, а также в клеточных технологиях в качестве клеточных субстратов. Ученые считают, что полученные данные улучшат технологию его применения.

В будущем команда специалистов Сколтеха и НИТУ «МИСиС» планирует работать над развитием методов микромеханических исследований и созданием российской линейки испытательного оборудования и программного обеспечения для исследования сложных материалов со структурной иерархией.
Источник