Đối với không gian và hơn thế nữa. Trung tâm Nghiên cứu Nhà nước "Trung tâm Keldysh" hoàn thành nghiên cứu về vật liệu tự chữa bệnh
Nhân viên của Trung tâm Keldysh và sự phát triển của họ tại MAKS-2021
Một trong những lĩnh vực đầy hứa hẹn trong lĩnh vực khoa học vật liệu là việc tạo ra cái gọi là. vật liệu tự phục hồi. Đây là những vật liệu tổng hợp đặc biệt có khả năng sửa chữa độc lập các khu vực bị hư hỏng trong khi vẫn duy trì các đặc tính cơ học cơ bản. Việc phát triển vật liệu tổng hợp tự phục hồi được thực hiện ở nước ngoài và ở nước ta. Các dự án trong nước chính theo hướng này đang được tạo ra tại Trung tâm Khoa học Nhà nước "Trung tâm Keldysh" từ cấu trúc của "Roskosmos".
Hướng đi đầy hứa hẹn
Trung tâm Keldysh cùng với Quỹ Nghiên cứu Cơ bản của Nga và một số tổ chức khoa học khác đã nghiên cứu về chủ đề vật liệu tự phục hồi trong vài năm qua. Các ý tưởng và khái niệm chính đã được tìm thấy, cũng như các nghiên cứu về các hợp chất và vật liệu tổng hợp cụ thể dựa trên chúng. Những thành công đạt được đã nhiều lần được báo cáo trên các tạp chí bình duyệt. Ngoài ra, các mẫu vật liệu mới được trưng bày tại triển lãm.
Phiên bản hiện tại của composite đầy hứa hẹn đã được trình diễn tại các cuộc triển lãm MAKS-2021 và Army-2021 vừa qua. Anh ấy đã vượt qua các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm, trong đó anh ấy xác nhận khả năng được tính toán để phục hồi sau các vết thủng và vết cắt. Trên nguyên mẫu, thiệt hại có kích thước lên đến vài mm đã được “siết chặt” một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Theo tổ chức phát triển, công việc nghiên cứu về một dự án đầy hứa hẹn sẽ được hoàn thành vào tháng XNUMX năm nay. Các kế hoạch tiếp theo vẫn chưa được tiết lộ. Có lẽ Trung tâm Keldysh và các doanh nghiệp khác sẽ bắt đầu nghiên cứu các vấn đề về việc đưa một hỗn hợp mới vào thực tế.
Composite tự phục hồi hiện đang được chứng minh là một vật liệu mềm nhiều lớp thích hợp để sản xuất các sản phẩm khác nhau. Trước hết, chúng ta đang nói về các yếu tố bơm hơi cho các mục đích khác nhau. Đây có thể là các ngăn có thể sinh sống được với bầu không khí, bể chứa chất lỏng, v.v.
Vật liệu mới
Hợp chất đầy hứa hẹn dựa trên chất borosiloxan và các hợp chất của nó. Các hợp chất được sử dụng trong composite có các đặc tính của chất lưu không Newton, do đó các chức năng cần thiết được cung cấp - khả năng chịu tải trọng tĩnh và phục hồi sau hư hỏng.
Các tính chất của borosiloxan: a) - phục hồi do đàn hồi dưới tải trọng tác động; b, c) - tính lưu động dưới tác dụng của trọng lực; d, e) - sự kéo dài của chất
Dựa trên borosiloxan, có thể tạo ra các vật liệu tổng hợp khác nhau nhìn chung có kiến trúc tương tự. Một hệ thống ba lớp được đề xuất. Bên ngoài và bên trong có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau mang lại các đặc tính cơ học cần thiết. Đặc biệt, nó có thể là borosiloxan liên kết chéo - một chất sử dụng sợi loại này hay loại khác. Silicone và sợi thủy tinh tẩm silicone cũng đã được thử nghiệm.
Giữa các lớp bên ngoài được đặt một lớp ma trận tương đối dày của borosiloxan nhớt ở dạng tinh khiết hoặc chứa đầy chất xơ. Chính anh ta là người sử dụng tất cả các đặc tính của một chất lưu không phải Newton và chịu trách nhiệm về cái gọi là. chuyển khối lượng lớn đến khu vực bị tổn thương, dẫn đến việc "chữa lành" của lỗ. Tùy thuộc vào thành phần của composite, các lớp khác có thể có các đặc tính tương tự. Đồng thời, tất cả các lớp đều có chức năng riêng, cả về mặt cơ học và trong quá trình siết chặt hư hỏng.
Nguyên lý hoạt động của composite tự phục hồi khá đơn giản. Máy bơm hơi hoặc sản phẩm khác được làm từ vật liệu đó, được thiết kế để hoạt động với bầu không khí bên trong với một áp suất nhất định. Loại thứ hai tạo ra lực căng, trong đó lớp bên trong của hỗn hợp có các đặc tính của một chất đàn hồi. Hành vi này cũng được bảo toàn dưới tác động hoặc tải trọng khác.
Nếu một hoặc nhiều lớp bị hư hỏng, sức căng sẽ giảm, do đó borosiloxan bắt đầu thể hiện các đặc tính của chất lỏng nhớt. Anh ta có xu hướng chảy vào lỗ và kết quả là đóng nó lại theo đúng nghĩa đen. Do đó, quá trình thoát khí từ sản phẩm ngừng chảy và các tải trọng xuất hiện trở lại, làm cho composite đàn hồi và chịu được va đập.
Tốc độ phục hồi thiệt hại phụ thuộc vào kiến trúc của composite, vào thành phần của ma trận borosiloxan, vào bản chất của lỗ, v.v. Vết lõm nhỏ và sát thương được phục hồi sau vài giây. Thời gian nghỉ giải lao lớn hơn cần đến vài phút. Kích thước tối đa có thể có của tổn thương "đã được chữa lành" được xác định bởi độ dày của lớp bên trong và theo đó, khối lượng có thể chuyển được. Tuy nhiên, trong khi chúng ta chỉ nói về milimét.
Đối với không gian và hơn thế nữa
Trung tâm Keldysh là doanh nghiệp chính của Roskosmos trong một số lĩnh vực. Đặc biệt, có trách nhiệm phát triển theo hướng “Vật liệu chức năng cho công nghệ vũ trụ”. Điều này chỉ ra rằng vật liệu tự phục hồi mới được tạo ra chủ yếu cho ngành công nghiệp tên lửa và vũ trụ.
Sơ đồ công việc (trái) và mặt cắt của hỗn hợp (phải)
Các vật liệu tổng hợp được đề xuất có một số tính năng quan trọng. Ngoài việc có thể phục hồi, chúng có trọng lượng nhẹ và linh hoạt. Tất cả điều này làm cho nó có thể sử dụng chúng làm vật liệu cấu trúc cho một số sản phẩm và đồ vật, mang lại một mức độ bảo vệ nhất định. Ngoài ra, chúng có thể được sử dụng cùng với các vật liệu khác như một biện pháp bảo vệ bổ sung chống lại các hư hỏng cơ học.
Ví dụ, một vật liệu tổng hợp tự phục hồi có thể được sử dụng để bảo vệ tàu vũ trụ khỏi các mảnh vỡ hoặc vật thể siêu nhỏ. Một vật liệu như vậy sẽ hấp thụ tác động của các vật thể nhỏ và làm giảm năng lượng của chúng, ngăn chúng làm hỏng các bộ phận chính của tàu. Ngoài ra, composite sẽ có thể bịt kín các lỗ, giúp kéo dài tuổi thọ của toàn bộ hệ thống.
Ngoài ra, vật liệu tổng hợp mới có thể được ứng dụng trong thế hệ tiếp theo của bộ đồ vũ trụ. Đồng thời, có thể tạo ra các bộ vũ trụ cho cả công việc trên quỹ đạo và cho chương trình mặt trăng. Trong cả hai trường hợp, các đặc tính của vật liệu mới sẽ hữu ích và sẽ cải thiện hiệu suất của bộ quần áo.
Trong tương lai xa, vật liệu tự phục hồi có thể được sử dụng trong việc xây dựng các công trình lâu dài, chẳng hạn như các trạm trên mặt trăng. Một mái vòm composite có kích thước theo yêu cầu sẽ nhẹ hơn bất kỳ cấu trúc nào khác, điều này sẽ đơn giản hóa việc vận chuyển và lắp đặt. Ngoài ra, với sự trợ giúp của borosiloxane, vấn đề sửa chữa nhỏ và rò rỉ do sự "tấn công" của các vi vật liệu sẽ được giải quyết.
Đương nhiên, vật liệu tổng hợp có thể phục hồi có thể được sử dụng không chỉ trong không gian mà còn trên Trái đất. Từ chúng, bạn có thể làm thùng chứa cho nhiều mục đích khác nhau, có thể sử dụng chúng trong việc xây dựng thiết bị hoặc công trình, v.v. Nói chung, tất cả đều phụ thuộc vào nhu cầu và tính hiệu quả của việc sử dụng các vật liệu đó trong các dự án cụ thể.
Trải nghiệm và thực hành
Tuy nhiên, cho đến nay dự án đầy hứa hẹn của Trung tâm Keldysh và các tổ chức liên quan mới chỉ ở giai đoạn nghiên cứu. Chúng sẽ được hoàn thành vào cuối năm, và sau đó kết quả chính và triển vọng thực sự của hướng đi sẽ rõ ràng. Sau đó sẽ có thể nghiên cứu các vấn đề đưa vật liệu mới vào các dự án thực tế.
Về lý thuyết, vật liệu tự phục hồi có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và có một tương lai tuyệt vời. Tuy nhiên, cho đến nay, việc thực hiện chúng vẫn chưa thể thực hiện được do thiếu các sáng tác và công thức chế biến “thuần thục về mặt kỹ thuật”. Giải pháp cho vấn đề này đang đi đến hồi kết mong muốn - và chẳng bao lâu nữa công nghệ mới sẽ nằm trong tay các nhà thiết kế công nghệ tên lửa và vũ trụ.
tin tức