FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2019
176 городов
September – November 2019
312 cities
11-13 октября 2019
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры

В Институте химии силикатов РАН испытывают «магическую» технологию

По-простому эту магию можно проиллюстрировать так: 5-летний ребенок одной рукой поднимает маломерное судно. Или так: вас не разбудит соседская вечеринка, даже если хозяева приставят динамики к стене. Идея Института химии силикатов и академика Владимира Шевченко выиграла один из самых «труднодоступных» грантов, от РНФ - Российского научного фонда. Это значит, государство весьма заинтересовано.

«Сердечки» и «макароны»

На столе лежат образцы - небольшие кубики, ажурные, будто в них проели извилистые ходы невидимые жуки. Но проели аккуратно - в виде сердечек, восьмерок, да хоть макарон-рожков. Из-за этих каналов пластмассовый кубик получился легчайшим: граммов восемь. Но даже если на это «кружево» наступит мужчина весом 80 кг - выдержит. Это так называемые сотовые структуры.

Вообще-то сотовые структуры используют уже лет 70 в оборонных и гражданских технологиях. Например, в домостроении: «сотовые» панели зданий лучше сохраняют тепло из-за воздуха в «дырочках». Пористость позволяет облегчить детали в кораблях, самолетах, машинах.

- Сотовые конструкции дают возможность оптимизировать соотношение между прочностью материала и весом, - поясняет академик Владимир Шевченко. - А это соотношение - важнейший принцип. Сделаем материал сплошным - будет прочным, но слишком тяжелым. Сделаем пористым - будет легче, но надо искать баланс, чтобы не потерять в прочности.

Но рукотворным сотовым структурам, из которых сделаны нынешние материалы, очень далеко до той эффективности, которую придумала природа. Она не вырезает в материале нужные ей ячейки - она выращивает материал сразу с ячейками. Вы не выдолбите в стволе дерева ту совершенную систему сосудов, которую запросто создает природа, причем оптимально распределив все нагрузки - сделав канал где-то уже, где-то шире, где-то со стенками потолще, где-то потоньше. И все это в микроскопических размерах.

Такие «природные» сотовые конструкции (их называют трижды периодические поверхности минимальной энергии) человечество создавать тоже научилось, но только в уме, математически. Получить такой материал было практически невозможно из-за очень сложных форм.

- Все изменилось после 3D-революции, когда появились технологии 3D-печати, - говорит академик.

Эти технологии как раз позволяют выращивать структуру - подобно тому, как это делает природа. Вы, условно говоря, не вырезаете микеланджеловского Давида из куска мрамора, отсекая все лишнее, а «послойно» и «безотходно» этого Давида печатаете в объеме. Вы не высверливаете в материале микроскопические извилистые каналы-соты, а сразу создаете деталь, попутно оставляя в ней эти каналы.

Кружевные кубики, которые сейчас «выращивают» в институте, - это, в общем, то, что до недавних пор удавалось только природе. И это прототипы будущих материалов.

Ферма лабиринтов

В институте эти кубики печатают на особой «ферме», как ее неформально называют, - в комнате с 3D-принтерами.

- Представим себе автомобильный бампер, - говорит доктор технических наук Максим Сычев, ведущий научный сотрудник лаборатории исследования наноструктур. - При аварии задача бампера - разрушиться, но поглотив энергию от столкновения. В бампере и сейчас применяется так называемый сотовый заполнитель, просто не такой сложной формы.

Его аспирант Лев Лебедев добавляет: а можно вырастить бампер с такой структурой, что энергия от удара будет поглощаться еще эффективнее:

- Внутри такой конструкции будет «лабиринт» - одни части работают как ребра жесткости, другие, наоборот, сминаются.

А, например, звукопоглощению послужит «лабиринт» какой-нибудь другой конфигурации: звук входит в него и «запутывается».

Одни ажурные фигурки выращивают за час, другие за полдня. Зависит от сложности. Здешние принтеры, говорят, по цене смартфона. У дешевого оборудования свои плюсы: его можно модифицировать. Правда, тем квалифицированнее должен быть специалист. «Это как со сломанной дешевой машиной: чтобы на ней ездить, надо починить, а чтобы починить - надо в этом разбираться», - поясняет Лев Лебедев.

Он занимается одним из самых современных методов программирования - графическим: создает на компьютере эти всевозможные формы - «играет» с количеством и формой ячеек, их размерами. Осваивал по самоучителю.

Максим Арсентьев, научный сотрудник лаборатории исследования наноструктур, - тоже за компьютером. Это виртуальный испытательный полигон:

- Структуры очень сложные, надо проследить, как в них распределяется напряжение. Если неравномерно, в каком-то месте деталь может сломаться.

Это все химия!

- Вообще считается, что ученый должен каждые 10 - 12 лет браться за что-то абсолютно новое. Но я уже не думал, что у меня это новое появится, - говорит Владимир Шевченко. - Оно бы и не появилось, если бы не аддитивные технологии, технологии «выращивания».

Этой новой темы, уверен ученый, точно хватит не на 10 - 12 лет, а на все сто.

Институт химии силикатов - один из немногих в стране, если не первый, кто занимается созданием подобных материалов. За рубежом работы ведутся, но открытых публикаций негусто - технологии разрабатываются в первую очередь «для оборонки».

- Владимир Ярославович, вот институт называется «химии силикатов», а где тут, в этих кубиках, химия?

Академик почти возмущен:

- Это все - великая препаративная химия! Существует глубокая связь, возникающая в процессе твердофазной химической реакции, между реакционно-диффузионным механизмом Тьюринга и формированием трижды периодической поверхности минимальной энергии.

По правде говоря, в объяснении мы распознаем только фамилию великого Тьюринга, «расколовшего» немецкую шифровальную машинку «Энигма».

...Грант РНФ на три года, сейчас ученые в середине пути.

- Владимир Ярославович, наверное, уйма лет пройдет, пока обычный человек эти технологии увидит в быту.

- В следующем году уже будем испытывать на реальных конструкциях - теплозащита, звукопоглощение, защита от экстремальных механических нагрузок. Панели в домах будут гораздо эффективнее по теплоизоляции, по звукоизоляции. В самолетах двигатели будут легкими, экономичными и опять же со звукоизоляцией. Маломерные суда - очень прочными и легкими, ребенок сможет поднять. Дело ближайшего будущего. Но, что существенно, грант дает возможность сформировать молодежную лабораторию. Эти «дети» скажут новое слово в материаловедении. Они опережают нас в информатике, я их уже никогда не догоню, но я могу предложить идею. В общем, так: идеи наши - «бензин» их.

P. S. В начале мая президент страны подписал указ о награждении академика В. Я. Шевченко орденом Александра Невского - «за большой вклад в развитие науки и многолетнюю добросовестную работу». 
Источник http://rscf.ru

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Одежда узнает о нас все. Электронный текстиль скоро станет таким же распространенным продуктом, как RFID-метки

Одежда узнает о нас все. Электронный текстиль скоро станет таким же распространенным продуктом, как RFID-метки

 

 

Автор: Вера Колерова

Роботы в медицине: в Уфе лечат рак с помощью киберножа

В Уфе работает уникальный центр ядерной медицины. Он лечит от рака с помощью лучевой установки — кибернож.

В Новосибирске испытывают самый мощный в РФ накопитель электроэнергии

Испытания накопителя электроэнергии мощностью более мегаватта проходят в новосибирском промышленно-логистическом парке. В стране аналогов такому устройству нет.

 

 

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Грунтомёт, шумомер и молекулы от депресии

Какие разработки молодых учёных вдохновили журналистов «КШ» на Форуме в Нижнем Новгороде 

Химики МГУ запатентовали метод получения топлива из грибов

Физики исследовали свойства сплавов Гейслера

Международная группа исследователей при участии ученых из МГУ имени М.В.Ломоносова проанализировала свойства сплавов Гейслера.

Томские ученые вновь провели эксперименты на площадке аэропорта Толмачево

Астроном МГУ связал между собой уравнения из разных разделов механики

Сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ имени М.В.Ломоносова обнаружил схожую структуру в уравнениях механики твердого тела и ме