СОЗДАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ СОЗДАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ

НА ПРИНЦИПЕ ПОДВИЖНОСТИ МЕЖФАЗНЫХ НА ПРИНЦИПЕ ПОДВИЖНОСТИ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦГРАНИЦ

Плескачевский Ю.М., Шилько СПлескачевский Ю.М., Шилько С..ВВ..

Поликом-2007Поликом-2007 + + Белтриб-2007Белтриб-2007 16-21 июля16-21 июля 200 2007,7, ГомельГомель, , БеларусьБеларусь

Систематика материалов по основным Систематика материалов по основным признакампризнакам

Функциональное Функциональное развитиеразвитие

АктивностьАктивность

Степень Степень интеллектаинтеллекта

КачествоКачество функционированияфункционирования

Линия поведенияЛиния поведения

тривиальныйтривиальный пассивныйпассивный мономоно-- функциональфункциональ--ный ный

активныйактивный

интеллектуальныйинтеллектуальный

материалматериал

• предсказуемый предсказуемый материал материал

(пассивное (пассивное разрушение)разрушение)

• неопределенныйнеопределенный

материал материал (непредсказуемое(непредсказуемое бифуркационноебифуркационное

разрушение)разрушение) материалматериал--изделиеизделие

• материал-эгоистматериал-эгоист(заторможенное (заторможенное разрушение при разрушение при самосохранении самосохранении

функции)функции)

адаптивныйадаптивный

умныйумный

материалматериал--системасистема

• материал-материал-приспособленецприспособленец(заторможенное (заторможенное

разрушение за счет разрушение за счет адаптивной адаптивной

реакции)реакции)

полиполи-- функциональфункциональ--ный ный

мудрыймудрый

(экофильный)(экофильный) материалматериал--средасреда

материалматериал--устройствоустройство

• материал-материал-камикадзекамикадзе

(программируемое (программируемое саморазрушение)саморазрушение)• материал-материал-

регенератрегенерат(восстановление за (восстановление за

счет счет самоорганизации)самоорганизации)• материал-киберматериал-кибер(заторможенное (заторможенное

разрушение за счет разрушение за счет обратной связи)обратной связи)

Новые идеи в материаловедении:Новые идеи в материаловедении:фундаментальные основыфундаментальные основы

…………..

…………..

структура-структура-свойствосвойство

синергизмсинергизм

аддитивностьаддитивность

Классические принципы Классические принципы материаловеденияматериаловедения ++

…………..

обратная обратная связьсвязь

подвижные подвижные границыграницы

самоорганизациясамоорганизация

композитностькомпозитность

Характеристики объектов Характеристики объектов живой природыживой природы ==

Новые Новые идеиидеи

Характеристики объектов живой природыХарактеристики объектов живой природы

(по Д. Медоу)(по Д. Медоу)

использование композитов;использование композитов; уровни структурной организации;уровни структурной организации; мягкие, гибкие компоненты;мягкие, гибкие компоненты; самосборка, самоорганизация, самоумножение (репликация) на основесамосборка, самоорганизация, самоумножение (репликация) на основе слабых связей;слабых связей; использование шаблона – матрицы для построения нового объекта;использование шаблона – матрицы для построения нового объекта; деление.деление.

+ дополнительные характеристики, + дополнительные характеристики, потенциально полезные для материаловедения потенциально полезные для материаловедения

(по Ю. Плескачевскому, С. Шилько)(по Ю. Плескачевскому, С. Шилько) подвижные межфазные границы;подвижные межфазные границы; переменные по объему характеристики (модуль упругости и т.д.);переменные по объему характеристики (модуль упругости и т.д.); самозалечивание;самозалечивание; реверсивность;реверсивность; регенерация;регенерация; резервирование функциональных блоков;резервирование функциональных блоков; самодиагностика;самодиагностика; принцип обратной связи.принцип обратной связи.

Новые идеи в материаловедении: развитиеНовые идеи в материаловедении: развитие

Подвижные межфазные границыПодвижные межфазные границыПеременные по объему характеристикиПеременные по объему характеристикиПринцип локального качестваПринцип локального качества

Активные материалы Активные материалы Адаптивные материалыАдаптивные материалыМинкусыМинкусы

Принцип обратной связиПринцип обратной связиРеверсивность свойствРеверсивность свойствСамодиагностика, самоорганизация,Самодиагностика, самоорганизация,самозалечевание, регенерациясамозалечевание, регенерация

АуксетикиАуксетикиМетаматериалыМетаматериалыУмные материалыУмные материалы

++ Одиночные молекулыОдиночные молекулы Моноэлементные полимерыМоноэлементные полимеры Фуллеренсодержащие полимерыФуллеренсодержащие полимеры Наноструктуры, наноизделия, наносистемыНаноструктуры, наноизделия, наносистемы

Систематика материаловСистематика материалов

Кибернетический Кибернетический аспектаспект

ПоведениеПоведение

Функциональный Функциональный аспектаспект

Пассивное разрушение по Пассивное разрушение по Аррениусу,Аррениусу, Журкову, … Журкову, …

RR11

ПАССИВНЫЙПАССИВНЫЙ

RR11

tt,

RR11 tt ,,

Активность по отношению ко Активность по отношению ко внешней средевнешней среде ++ пассивное пассивное

разрушениеразрушение

RR22

АКТИВНЫЙАКТИВНЫЙ && РЕВЕРСИВНОРЕВЕРСИВНО

АКТИВНЫЙАКТИВНЫЙ

EE

RR11 RR22

RR11

tt,

RR22

RR22EE

RR11 tt ,,

Активность внутрь и вне себяАктивность внутрь и вне себя ++ существенно заторможенное существенно заторможенное разрушение за счет обратной разрушение за счет обратной

связисвязи

УМНЫЙУМНЫЙRR11 (сенсор)(сенсор)

RR44 (процессор) (процессор)

RR55 (актуатор) (актуатор)

RR11 RR44 RR55

t, t,

RR44 RR55

сенсорсенсор

обратная связьобратная связь

процессорпроцессорактуаторактуатор

ddddRR55

RR55RR11 tt,,

АктивностьАктивность внутрьвнутрь себясебя ++ заторможенное разрушение за счет заторможенное разрушение за счет

местного самоупрочнения, местного самоупрочнения, регенерации, подвижности регенерации, подвижности

межфазных границ межфазных границ

АДАПТИВНЫЙ АДАПТИВНЫЙ & РЕВЕРСИВНО& РЕВЕРСИВНО АДАПТИВНЫЙАДАПТИВНЫЙ

t, t,

RR33

RR11 для ауксетика, для ауксетика,

метаматериаламетаматериала

t t R 90%R 90%

RR11 RR33

EE

RR33 RR33

RR11

t t R 80%R 80%t t R 70%R 70%

RR33

RR11 tt ,,

ФОРМА

блочные

пленочные

волокнистые

дисперсные системы

растворы

ФОРМА

блочные

пленочные

волокнистые

дисперсные системы

растворы

СТРУКТУРА

функционализированные полиолефины

надмолекулярно образованные высоко-молекулярные соединения

композиционные материалы

растворы

СТРУКТУРА

функционализированные полиолефины

надмолекулярно образованные высоко-молекулярные соединения

композиционные материалы

растворы

ХИМИЧЕСКИ ХИМИЧЕСКИ

И БИОХИМИЧЕСКИ И БИОХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫАКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ХИМИЧЕСКИ ХИМИЧЕСКИ

И БИОХИМИЧЕСКИ И БИОХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫАКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

инициируют химические воздействия, с помощью которых

диагностируют и влияют на химический состав и свойства сопряженных сред и объектов

инициируют химические воздействия, с помощью которых

диагностируют и влияют на химический состав и свойства сопряженных сред и объектов

МЕХАНИЗМЫ МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА СОПРЯЖЕННЫЕ СРЕДЫНА СОПРЯЖЕННЫЕ СРЕДЫ

МАТЕРИАЛЫ, МАТЕРИАЛЫ, ГЕНЕРИРУЮЩИЕ И ГЕНЕРИРУЮЩИЕ И ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ИЗЛУЧЕНИЯИЗЛУЧЕНИЯ

МАТЕРИАЛЫ, МАТЕРИАЛЫ, ГЕНЕРИРУЮЩИЕ И ГЕНЕРИРУЮЩИЕ И ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ИЗЛУЧЕНИЯИЗЛУЧЕНИЯ

БИОЛОГИЧЕСКИ БИОЛОГИЧЕСКИ

АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫАКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

БИОЛОГИЧЕСКИ БИОЛОГИЧЕСКИ

АКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫАКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

являются источником физических полей и излучений либо

взаимодействуют с внешними полями и излучениями,

существенно изменяя их параметры или преобразуя в

другие виды воздействий

являются источником физических полей и излучений либо

взаимодействуют с внешними полями и излучениями,

существенно изменяя их параметры или преобразуя в

другие виды воздействий

cлужат носителями клеток микро- и макроорганизмов и

выступают как источники биологических воздействий

cлужат носителями клеток микро- и макроорганизмов и

выступают как источники биологических воздействий

Активные полимерные материалыАктивные полимерные материалы

Пример:Пример: светорегулируемые аморфные и светорегулируемые аморфные и гребнеобразные мезокристаллическиегребнеобразные мезокристаллические сополимеры, сополимеры, образующие нематическуюобразующие нематическую холестерическую мезофазу холестерическую мезофазу со спиральной супрамолекулярной структуройсо спиральной супрамолекулярной структурой

Активные реверсивные материалыАктивные реверсивные материалы

Приложения:Приложения: цветная обратимая и необратимая цветная обратимая и необратимая запись информации (оптика, голография, запись информации (оптика, голография, оптоэлектроника,оптоэлектроника, фотоуправляемые реверсивные фотоуправляемые реверсивные системы)системы)

Активные реверсивные светоуправляемыеАктивные реверсивные светоуправляемыежидкокристаллические полимерыжидкокристаллические полимеры

Схематическое представление молекулярной структуры различных

типов фотоадресуемых гребнеобразных сополимеров Схема, демонстрирующая реверсивное

изменение формы фотохромных боковых групп в ходе процесса транс-цис-изомеризации, индуцированной

воздействием светаПринципиальные схемы записи (слева) и считывания оптической информации (справа) на планарно-ориентированной пленке фотохромного холестерического сополимера

Для способной к самомаскировке военной техники Эффект мерцания или движения Вариант стелс-технологии

АДАПТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Принцип локализации подвижных границПринцип локализации подвижных границ

Адаптивность A(Р)

Локализация

Подвижная граница

Объемные свойства

УСЛОВИЯУСЛОВИЯОСОБЕННОСТИОСОБЕННОСТИ

ЗАДАЧЗАДАЧ

переходный процесс трение, адгезия

критерий min maxпринцип возм. перемещений

уравнения состояния уравнения состояния (())линейная упругость

геометрия тел (фаз)геометрия тел (фаз){Х}{Х}плоская

деформация

нагрузка нагрузка N(t)N(t), , T(t)T(t) сжатие, сдвигсжатие, сдвиг

ГипотезаГипотеза Научная идеяНаучная идея

(E, f, (E, f, s,s, P)P) EE extr E,extr E,

(K(P)) (K(P)) A A

K = K(E, f, K = K(E, f, s)s)

S~

S~

SS~~

S~

Фактор внешнего

воздействия

f,s

S~

E,

Границы Поверхностные

свойства

P

Движущая сила автолокализации Движущая сила автолокализации межфазных границмежфазных границ

Упругое последействиеУпругое последействие

МультимодульностьМультимодульность

РеверсивностьРеверсивность

Отрицательный коэффициент ПуассонаОтрицательный коэффициент Пуассона

Нулевой и отрицательный КТРНулевой и отрицательный КТР

……………………....

Принципы автолокализации межфазных Принципы автолокализации межфазных границграниц

Конфигурация межфазных границ Конфигурация межфазных границ оказывает существенное влияние на оказывает существенное влияние на физико-механические характеристики физико-механические характеристики

материала материала

********************************************

В условиях нелинейного поведения В условиях нелинейного поведения структурно-неоднородной среды форма структурно-неоднородной среды форма межфазных границ зависит от внешнего межфазных границ зависит от внешнего

воздействиявоздействия

Самоорганизация на микроуровне структуры Самоорганизация на микроуровне структуры обеспечивает автоматическую локализацию обеспечивает автоматическую локализацию

подвижных межфазных границ и подвижных межфазных границ и определенные значения физико-определенные значения физико-

механических характеристик материала в механических характеристик материала в точках бифуркацииточках бифуркации

Целесообразная реакция материала на Целесообразная реакция материала на внешнее воздействие обусловлена внешнее воздействие обусловлена критерием оптимальности, который критерием оптимальности, который

определяет разработчик путем задания определяет разработчик путем задания параметров точек бифуркациипараметров точек бифуркации

Min! Max!Min! Max!

Вариационная формулировкаВариационная формулировка

Энергетические принципы: Энергетические принципы:

• возможных перемещенийвозможных перемещений

тт тт ттVV SS VV

dVdVijijδεδε

ijijσσdSdSiiδuδu

iiXXdVdViiδuδu

iiXX

• возможных изменений напряженного состояниявозможных изменений напряженного состояния

тт ттVV SS

RRδδdSdSii

uuii

δXδXdVdVii

uuii

δXδX

• минимума минимума полной энергииполной энергии Э = 0 где Э = П - А - полная энергия системыгде Э = П - А - полная энергия системы

- дополнительная работа - дополнительная работа ттVV

RdVRdVRR

ттuuσσ

00

2200

iiddσσ

iiεε

2K2Kσσ

2K2Kσσ 22

00 -- удельная потенциальная энергия изменения объемаудельная потенциальная энергия изменения объема

Вариационное неравенствоВариационное неравенство

Найти Найти u u V V такое, чтотакое, что

УправлениеУправление SS = = S S ( (, , p)p)

Задача оптимизацииЗадача оптимизации

F

SNNN dS uυFu-υ f,ujυju- υ u,a

W

dw wj i

ε wl k

ε l k j i

aww, a

ds w FwLF

S

,

w j c

STT ds uwwx,pγ

w jw Lw w, a 0,5 max max min u J

p fτ 0p Kw

Примеры адаптивных систем (конструкций и Примеры адаптивных систем (конструкций и материалов) с подвижными границамиматериалов) с подвижными границами

Процесс Межфазное

взаимодействиеФрикционное

взаимодействие

МАТЕРИАЛЫПены

Перфорированные

Гранулированные

БИОСИСТЕМЫЗубочелюстная

Опорно-двигательная

Кровообращения

Скольжение (шлифование)

Качение(зубчатые передачи)

Сдвиг (соединения)

Объект

М е з о э л е м е н тС о п р я ж е н и е

Авторегуляция артериального кровотокаАвторегуляция артериального кровотока

Источники Источники

возмущениявозмущения

Критерий Критерий оптимальности оптимальности

Регулируемый Регулируемый параметр параметр

Управляющий Управляющий параметрпараметр

состав крови,состав крови,нагрузка,нагрузка,температура,температура,деградация деградация

тканей тканей

ообъем кровотокабъем кровотока

в норме в норме QQ

просвет (диаметр) просвет (диаметр) сосуда сосуда dd

ттонус сосудаонус сосуда

Модель процесса в терминах подвижных границ Модель процесса в терминах подвижных границ pp1212 pp3434

11

224433

55

22 33 5511

pp4545pp2323

νν1212 νν2323 νν3434 νν4545 хх

σσ44

T

0

Qt)dtt)v(x,S(x,

νl

pdKQ

4 0dpp

0dpp

0

0

Регуляризация Регуляризация

dxdx]](x)(x)[d'[d'αα(d)(d) 2233

LL

00ттJJ }(d)J(d)J(d){Jminmin 321d

dxdx (x)](x)]dd (x)(x)[d[d (d)(d) **LL

0011

22 ттJJ 2222 ]]QQttddvv (t)(t)S(t)S(t)[[

εε11

((d)d) тт

JJ00

ТТ

аналог артериолы: аналог артериолы:

двухслойная оболочка из физически нелинейного анизотропного материала двухслойная оболочка из физически нелинейного анизотропного материала с начальными напряжениями с начальными напряжениями

σσЕЕ,, Е Еz,z, E Er,r, rz rz , , zz , , rr

dd

LL

N = 0N = 0

N > 0N > 0

N > 0, N > 0, > 0> 0

100100 200200 p, p, мм рт.мм рт. стст..

dd

pp00

Положение датчикаПоложение датчикаПиковая Пиковая скоростьскорость

м/см/с

Пиковый Пиковый градиентградиентмм рт стмм рт ст

СредняяСредняяскоростьскорость

м/см/с

Средний Средний градиентградиентмм рт стмм рт ст

Время Время полуспадполуспад

аамсмс

Перпендикулярно Перпендикулярно потокупотоку

Ротабельный ИКСРотабельный ИКС2,32,3±±0,410,41 21,221,2±±4,64,6 1,031,03±±0,410,41 19,319,3±±4,34,3 224224±±38,738,7

45 градусов45 градусовРотабельный ИКСРотабельный ИКС

2,192,19±±0,490,49 19,319,3±±5,85,8 0,940,94±±0,240,24 19,119,1±±3,73,7 218218±±24,324,3

Параллельно потокуПараллельно потокуРотабельный ИКСРотабельный ИКС

2,142,14±±047047 18,318,3±±4,34,3 0,90,9±±0,410,41 18,318,3±±2,92,9 214214±±18,418,4

Перпендикулярно Перпендикулярно потокупотоку

Стандартный ИКССтандартный ИКС2,32,3±±0,410,41 21,221,2±±4,64,6 1,031,03±±0,410,41 19,319,3±±4,34,3 224224±±38,738,7

Гемодинамические характеристикиГемодинамические характеристики модифицированного модифицированного протезапротеза ( (частота пульсаций 100 уд/минчастота пульсаций 100 уд/мин))

патент РФ патент РФ № № 2279865 2279865

(2006) (2006)

АдаптивныйАдаптивный клапан сердцаклапан сердца

Доклинический Доклинический экспериментэксперимент

РЕГУЛИРУЕМАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ МЕМБРАНЫРЕГУЛИРУЕМАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ МЕМБРАНЫПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОНФОРМАЦИИ ПОЛИМЕРАПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОНФОРМАЦИИ ПОЛИМЕРА

1 — растворенное вещество; 2 — полимер в развернутой 1 — растворенное вещество; 2 — полимер в развернутой конформации; 3 — полимер в компактной конформации конформации; 3 — полимер в компактной конформации

Проявления реверсивной адаптивности Проявления реверсивной адаптивности на уровне макромолекулна уровне макромолекул

Автолокализация трещинАвтолокализация трещинОбъемное разрушениеОбъемное разрушение

Исходная конфигурация монослояИсходная конфигурация монослоя

Инициализация дефектаИнициализация дефекта

Формирование зоны разрушенияФормирование зоны разрушения

Автолокализация дефектаАвтолокализация дефекта

Востановление сплошности Востановление сплошности

Восстановление исходной Восстановление исходной конфигурации монослоя конфигурации монослоя

Микросферная аналогияМикросферная аналогия

г

F

р

p

г

F

F

«Обычный» материал«Обычный» материал

Адаптивные материалы: адаптация к Адаптивные материалы: адаптация к разрушениюразрушению

Автолокализация трещин

kk = 2; B = 2; B-1-1 = =

102

210

kk = 2; B = 2; B-1-1 = =

10020

20100

10020

20100kk = 0,2; B-1 = = 0,2; B-1 =

Ветвление трещин

= 4; = 4; ll00 = 1; = 1;

11 = 2,5; = 2,5; 22 = 3; = 3; 33 = 3,5; = 3,5;

44 = 4,5; = 4,5;

bb1111 = b = b2222 = 4; b = 4; b1212 = b = b2121 = 1 = 1

= 5;= 5;11 = 0; = 0; 22 = 2; = 2; 33 = =44 = =55 = 1; = 1;

ijij = 4; = 4; qqijij =0,1 для всех =0,1 для всех ii, , jj; ;

bb1111 = = bb2222 = 8; = 8; bb1212 = = bb2121 = 2 = 2

Линейные трещины

Адаптивный Адаптивный материалматериал

Рост и самозалечивание трещинРост и самозалечивание трещин

Адаптивные строительные конструкцииАдаптивные строительные конструкции

11 33 22Схемы расположения дополнительных затяжекСхемы расположения дополнительных затяжек

1, 2, 3 - затяжки1, 2, 3 - затяжки

02

2

4

4

dt

ydA

dx

ydIE i

iii

iii

xCxCxCxCy iiiiiiiii chshcossin 4321

42

ii

iii IE

pA

025

2

5525

52

55 dt

udA

dx

udAE

xCxCu 5255155 cossin

5

55 E

p

00

22

44

66

88

1212

00 55 1010 2020 DD, , мммм 1515 3030

Уравнения колебаний стержней рамы Уравнения колебаний стержней рамы

Зависимость частот колебаний рамы от площадей поперечного сечения затяжекЗависимость частот колебаний рамы от площадей поперечного сечения затяжек

0

2

4

6

8

12

0 5 10 15 20 30D, мм

а) при наличии затяжек 1,2; б) при наличии затяжек 1, 3а) при наличии затяжек 1,2; б) при наличии затяжек 1, 3

аа бб

Применение адаптирующих затяжек позволяет обеспечить нерезонансную работу.Применение адаптирующих затяжек позволяет обеспечить нерезонансную работу.

расш

ире

ние

диа

пазо

на и

ра

сшир

ени

е д

иапа

зона

и

нер

езон

ансн

ой р

абот

ыне

рез

онан

сной

раб

оты

расш

ире

ние

диа

пазо

на и

ра

сшир

ени

е д

иапа

зона

и

нер

езон

ансн

ой р

абот

ыне

рез

онан

сной

раб

оты

МУЛЬТИМОДУЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (МИНКУСЫ)

«Мультимодульность (Multiple elasticities) – квантованное и/или

непрерывное распределение значений модулей упругости

Тензочувствительные «минкусы»: Тензочувствительные «минкусы»: адаптация к нагрузкеадаптация к нагрузке

Внешнее Внешнее силовое силовое

воздействиевоздействие

0

50

100

150

200

0 0,4 0,8

E=200,9 ГПа

E=113,7 ГПа

*10-3

, ГПа«Обычный» материал«Обычный» материал «Минкус» «Минкус»

по Дж. Беллупо Дж. Беллу

Квантованное распределение

значений модуля

упругости

Динамически оптимальная

структура

E = var

E = const

Фазы с различными модулями упругости

Тензо-Тензо-чувствительностчувствительност

ьь+

• железо, железо, • цинк,цинк,• алюминий,алюминий,• магний, магний, • медьмедь• латунь, латунь, • никельникель

железо

Напряженное состояниеНапряженное состояние::

исходное исходное конечноеконечное промежуточное промежуточное

Адаптация минкуса к контактной нагрузке Адаптация минкуса к контактной нагрузке (действие прямоугольного штампа)(действие прямоугольного штампа)

Эквивалентные (по Мизесу) напряжения Эквивалентные (по Мизесу) напряжения экв экв , , ПаПаКонтактные давления Контактные давления р, р, ПаПаКасательные контактные напряжения Касательные контактные напряжения , Па , Па

Эквивалентные напряжения

Контактные давления

Касательные контактные напряжения

0

2

4

6

8

10

12

Кр

атн

ост

ь сн

иж

ени

я ко

нце

нтр

ац

ии

К

ра

тно

сть

сни

же

ния

конц

ент

ра

ци

и

напр

яже

ний

и п

ро

ска

льз

ыва

ния

напр

яже

ний

и п

ро

ска

льз

ыва

ния

Эффект адаптацииЭффект адаптации

Проскальзывание

Структурные уровни умного материалаСтруктурные уровни умного материала

Радиационные технологии, радиационно-Радиационные технологии, радиационно-модифицированные материалы и изделиямодифицированные материалы и изделия

00

0,10,1

0,20,2

0,30,3

0,40,4

0,50,5

00 500500 10001000 15001500 20002000

Поглощенная доза, кГрПоглощенная доза, кГр

До

зим

етр

ич

ески

й п

арам

етр

До

зим

етр

ич

ески

й п

арам

етр ДПЭДПЭ -- 5050 // 20002000ДПЭДПЭ -- 1010 // 200200

ПОЛИМЕРНЫЕ ДОЗИМЕТРЫПОЛИМЕРНЫЕ ДОЗИМЕТРЫ

Разработка бортовых Разработка бортовых проводов с радиационно-проводов с радиационно-

модифицированной модифицированной изоляцией для авиационной изоляцией для авиационной техники, термоусаживаемых техники, термоусаживаемых пленок, трубок и фасонных пленок, трубок и фасонных изделий из радиационно-изделий из радиационно-

сшитых полимеровсшитых полимеров

Разработка технологий, оборудования и дозиметрического обеспечения радиационно-химических Разработка технологий, оборудования и дозиметрического обеспечения радиационно-химических процессов, основанных на использовании промышленных ускорителей электроновпроцессов, основанных на использовании промышленных ускорителей электронов

Активные и адаптивные материалы, Активные и адаптивные материалы, эффективные при создании МЭМСэффективные при создании МЭМС

NiTi cNiTi cплавы,плавы,пермаллой,пермаллой,кварц,кварц,окись цинка,окись цинка,пьезокерамика,пьезокерамика,полимерные гели,полимерные гели,материалы группы А3В5,материалы группы А3В5,материалы группы А4В6,материалы группы А4В6,

в которых реализуются:

явления: явления: электростатические,электростатические, электромеханические,электромеханические, пьезоэлектрические,пьезоэлектрические, магнитные;магнитные;

эффект памяти формы,эффект памяти формы,

как элементы адаптивных систем:как элементы адаптивных систем:• сенсоры,сенсоры,• актуаторы,актуаторы,• механизмы передачи движения.механизмы передачи движения.

ИНВЕРТИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Возможность существования изотропных материалов с Возможность существования изотропных материалов с νν < 0 < 0 подтверждается известным соотношением теории упругости [1] подтверждается известным соотношением теории упругости [1]

где где , К, К – положительно определенные модули сдвига и объемной – положительно определенные модули сдвига и объемной деформации. деформации.

Выражение описывает допустимый интервал значений коэффициента Выражение описывает допустимый интервал значений коэффициента Пуассона. Пуассона. Отрицательные значения Отрицательные значения νν соответствует условию соответствует условию > 3/2К, когда > 3/2К, когда модуль сдвига превышает модуль объемной деформации более, чем на 50%.модуль сдвига превышает модуль объемной деформации более, чем на 50%. Верхний предел соответствует несжимаемым материалам типа резины, Верхний предел соответствует несжимаемым материалам типа резины, сохраняющим свой объем при значительном изменении формы, нижний – сохраняющим свой объем при значительном изменении формы, нижний – материалам, сохраняющим геометрические пропорции, но изменяющим объем материалам, сохраняющим геометрические пропорции, но изменяющим объем при деформации. при деформации.

Пороматериалы, демонстрирующие Пороматериалы, демонстрирующие νν < 0, являются предметом < 0, являются предметом активных исследований, (см. русскоязычный аналитический обзор [1]). активных исследований, (см. русскоязычный аналитический обзор [1]).

Конечноэлементный анализ контактного деформирования Конечноэлементный анализ контактного деформирования ауксетичных материалов нами выполнен в предположении, что пороматериал ауксетичных материалов нами выполнен в предположении, что пороматериал является непрерывной средой, причем в процессе деформирования изменение является непрерывной средой, причем в процессе деформирования изменение структуры не учитывалось и, соответственно, коэффициент Пуассона считали структуры не учитывалось и, соответственно, коэффициент Пуассона считали постоянной величиной постоянной величиной νν = = const const < 0. Была показана возможность реализации < 0. Была показана возможность реализации адаптивного режима трения в виде эффекта самостопорения ауксетичных адаптивного режима трения в виде эффекта самостопорения ауксетичных материалов, что выражается в повышении несущей способности материалов, что выражается в повышении несущей способности фрикционного соединения при увеличении сдвигающей нагрузки.фрикционного соединения при увеличении сдвигающей нагрузки.

))2266/(/())2233(( μμKKμμKKνν

Ауксетики: область поискаАуксетики: область поиска

1. Конек Д.А., Войцеховский К.В., Плескачевский Ю.М., Шилько С.В. Материалы с отрицательным 1. Конек Д.А., Войцеховский К.В., Плескачевский Ю.М., Шилько С.В. Материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона (обзор) // Механика композ. матер. и констр.– 2004.– Т.10, №1. коэффициентом Пуассона (обзор) // Механика композ. матер. и констр.– 2004.– Т.10, №1. С. 35С. 35––69.69.

аа бб

Моды деформирования при растяжении: Моды деформирования при растяжении: а – обычный пороматериал, б – ауксетичный пороматериала – обычный пороматериал, б – ауксетичный пороматериал

К ауксетичным относятся материалы природного и искусственного происхождения, К ауксетичным относятся материалы природного и искусственного происхождения, проявляющие проявляющие отрицательный коэффициент Пуассона отрицательный коэффициент Пуассона νν.. В частности, при одноосном В частности, при одноосном напряженном состоянии, ауксетики, в отличие от обычных материалов, напряженном состоянии, ауксетики, в отличие от обычных материалов, расширяются/сужаются в направлении, перпендикулярном направлению расширяются/сужаются в направлении, перпендикулярном направлению растяжения/сжатия соответственно.растяжения/сжатия соответственно.

АуксетикиАуксетики

Источник: Конек Д.А., Войцеховский К.В., Плескачевский Ю.М., Шилько С.В. Материалы с Источник: Конек Д.А., Войцеховский К.В., Плескачевский Ю.М., Шилько С.В. Материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона (обзор) // Механика композ. матер. и констр.– 2004.– отрицательным коэффициентом Пуассона (обзор) // Механика композ. матер. и констр.– 2004.– Т.10, №1. Т.10, №1. С. 35С. 35––69.69.

Формирование ауксетичного пороматериалаФормирование ауксетичного пороматериала

Представительный объем Мезофрагмент структурыПредставительный объем Мезофрагмент структуры

ОхлаждениОхлаждени

е е

Трехосное Трехосное сжатие сжатие

Исходный Исходный материал материал

Нагрев Нагрев

Ауксетик Ауксетик

Разгрузка Разгрузка

Несущая способность соединения

Схема контакта

00

2020

4040

6060

-0,6-0,6 -0,3-0,3 00 0,30,3 0,60,6

vv

TT limlim , , кН/м кН/м

f=0,1f=0,1

f=0,2f=0,2

f=0,3f=0,3

f=0,4f=0,4

f=0,5f=0,5

Отрицательныезначения

Положительные значения

Отрицательный Отрицательный коэффициент коэффициент ПуассонаПуассона

• Высокая ударная вязкость Высокая ударная вязкость • Высокая контактная жесткостьВысокая контактная жесткость

Ауксетики: эффект самостопоренияАуксетики: эффект самостопорения

• Эффект самостопоренияЭффект самостопорения

yy

xxT(T(t)t)

E, E,

nn00

сцеплениесцепление скольжениескольжение

SSaa SSss

Моды деформации мезофрагмента с квадратными ячейкамиМоды деформации мезофрагмента с квадратными ячейками

КЭ модель контактного сжатия пороматериалаКЭ модель контактного сжатия пороматериала

Перемещения Перемещения UUyy Перемещения Перемещения UUxx

УровеньУровень

сжатиясжатия11(верх)(верх) 22 33 44(низ)(низ) СреднееСреднее

uuxx, мкм, мкмuuyy,,

мкммкм

vv

11 ЛЛ -0,0254-0,0254 -0,0247-0,0247 -0,0257-0,0257 -0,0260-0,0260 -0,02545-0,02545 1,41,4 -0,040-0,040

ПП 0,02750,0275 0,02710,0271 0,02560,0256 0,02710,0271 0,026820,0268255

1,41,4

22 ЛЛ -0,0691-0,0691 -0,0675-0,0675 -0,0677-0,0677 -0,0658-0,0658 -0,0675-0,0675 2,82,8 -0,054-0,054

ПП 0,0,06060606 0,05970,0597 0,05950,0595 0,06540,0654 0,06130,0613 2,82,8

33 ЛЛ -0,248-0,248 -0,243-0,243 -0,253-0,253 -0,250-0,250 -0,2485-0,2485 7,07,0 -0,085-0,085

ПП 0,2650,265 0,2650,265 0,2510,251 0,2620,262 0,260750,26075 7,07,0

44**

ЛЛ 4,4614,461 2,8682,868 1,4531,453 -0,252-0,252 2,13252,1325 14,014,0 -0,490-0,490

ПП 6,0906,090 4,4774,477 3,0523,052 1,3791,379 3,74953,7495 14,014,0

55 ЛЛ -1,641-1,641 -1,634-1,634 -1,615-1,615 -1,633-1,633 -1,63075-1,63075 21,021,0 -0,180-0,180

ПП 1,6131,613 1,6191,619 1,6191,619 1,6211,621 1,618001,61800 21,021,0

66 ЛЛ -2,677-2,677 -2,678-2,678 -2,667-2,667 -2,674-2,674 -2,6740-2,6740 28,028,0 -0,222-0,222

ПП 2,6562,656 2,6772,677 2,6582,658 2,6632,663 2,66352,6635 28,028,0

77 ЛЛ -4,976-4,976 -5,291-5,291 -5,37-5,37 -5,123-5,123 -5,1900-5,1900 42,042,0 -0,291-0,291

ПП 5,1295,129 5,5065,506 5,435,43 5,1535,153 5,30455,3045 42,042,0

Расчетные значения коэффициента Пуассона

** - потеря устойчивости упругого пороматериала л – левый край , п – - потеря устойчивости упругого пороматериала л – левый край , п – правый крайправый край

КЭ модель контактного сжатия пороматериалаКЭ модель контактного сжатия пороматериала

Зависимость коэффициента Пуассона Зависимость коэффициента Пуассона νν от степени деформации от степени деформации

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0 2 4 6 8

Степень Степень деформациидеформации

νν

обычный обычный пороматериалпороматериал

ауксетик с ячейками ауксетик с ячейками вогнутой формы вогнутой формы

= 60= 6000

КЭ модель контактного сжатия пороматериалаКЭ модель контактного сжатия пороматериала

решение отсутствует

в в г г

а а б б

а – слоистая система; б – шахматная; а – слоистая система; б – шахматная; в – матричная с дисковым наполнителем; г – пористаяв – матричная с дисковым наполнителем; г – пористая

МезоконструкцииМезоконструкции

Материалы с нулевым и отрицательным КТРМатериалы с нулевым и отрицательным КТР

Коэффициент термического расширения Коэффициент термического расширения слоистой ауксетичной системыслоистой ауксетичной системы

-3.00E-02

-2.00E-02

-1.00E-02

0.00E+00

1.00E-02

2.00E-02

3.00E-02

-1.50E-04

-1.00E-04

-5.00E-05

0.00E+00

5.00E-05 1.00E-04 1.50E-04

коэффициент термического расширения

пе

ре

ме

ще

ни

е

Зависимость термических перемещенийЗависимость термических перемещенийот коэффициента термического расширения от коэффициента термического расширения

Коэффициент термического расширения Коэффициент термического расширения слоистой ауксетичной системыслоистой ауксетичной системы

Суммарное перемещение слоев в зависимостиСуммарное перемещение слоев в зависимостиот коэффициента термического расширенияот коэффициента термического расширения

-5.00E-03

0.00E+00

5.00E-03

1.00E-02

1.50E-02

2.00E-02

2.50E-02

3.00E-02

-2.00E-05

0.00E+00

2.00E-05

4.00E-05

6.00E-05

8.00E-05

1.00E-04

1.20E-04

коэффициент термического расширения

сум

пер

емещ

ени

е-2.50E-02

-2.00E-02

-1.50E-02

-1.00E-02

-5.00E-03

0.00E+00

5.00E-03

1.00E-02

-1.20E-

04

-1.00E-

04

-8.00E-05

-6.00E-

05

-4.00E-

05

-2.00E-

05

0.00E+0

0

2.00E-

05

коэффициент термического расширения

сум

пер

емещ

ени

е

Отрицательная областьОтрицательная область Положительная областьПоложительная область

МетаматериалыМетаматериалыВ среде с отрицательным показателем преломления свет (и все другие виды В среде с отрицательным показателем преломления свет (и все другие виды

электромагнитного излучения) ведет себя не так, как в обычных материалах с положительным электромагнитного излучения) ведет себя не так, как в обычных материалах с положительным преломлением, причем во многих отношениях это поведение противоречит интуиции.преломлением, причем во многих отношениях это поведение противоречит интуиции.

Среда с положительным Среда с положительным показателем преломленияпоказателем преломления

Карандаш в воде кажется Карандаш в воде кажется изогнутым из-за более высокого изогнутым из-за более высокого показателя преломления водыпоказателя преломления воды

Когда свет переходит из среды Когда свет переходит из среды с низким показателем с низким показателем преломления преломления (n) (n) в среду с в среду с более высоким, он отклоняется более высоким, он отклоняется в сторону нормали (пунктирная в сторону нормали (пунктирная линия под прямым углом к линия под прямым углом к поверхности раздела)поверхности раздела)

Удаляющийся объект кажется Удаляющийся объект кажется более красным из-за эффекта более красным из-за эффекта ДоплераДоплера

Заряженный объект (красный) , Заряженный объект (красный) , движущийся быстрее скорости движущийся быстрее скорости света, создает конус света, создает конус Черенковского излучения Черенковского излучения (желтый), направленный вперед(желтый), направленный вперед

В среде с положительным В среде с положительным показателем преломления показателем преломления отдельные максимумы отдельные максимумы электромагнитного импульса электромагнитного импульса (фиолетовый) движутся в том же (фиолетовый) движутся в том же направлении, что и огибающая направлении, что и огибающая (зеленая) импульса и энергия (зеленая) импульса и энергия (синяя)(синяя)

Среда с отрицательным Среда с отрицательным показателем преломленияпоказателем преломления

Карандаш, погруженный в среду Карандаш, погруженный в среду с отрицательным с отрицательным преломлением, будет казаться преломлением, будет казаться изогнутым наружуизогнутым наружу

Когда свет идет из среды с Когда свет идет из среды с положительным преломлением положительным преломлением в среду с отрицательным, он в среду с отрицательным, он отклоняется назад, оставаясь отклоняется назад, оставаясь по ту же сторону нормали, что и по ту же сторону нормали, что и падающий светпадающий свет

Удаляющийся объект кажется более Удаляющийся объект кажется более синимсиним

Конус обращен назадКонус обращен назад

Отдельные всплески движутся в Отдельные всплески движутся в сторону, противоположную сторону, противоположную движению огибающей импульса движению огибающей импульса и энергиии энергии

МетаматериалыМетаматериалы

Опал – природный материал. Опал – природный материал. Микроскопические шарики Микроскопические шарики

кристобаллита придают ему кристобаллита придают ему уникальные оптические свойства.уникальные оптические свойства.

Пятидюймовый «плащ-невидимка», Пятидюймовый «плащ-невидимка», представленный учеными из представленный учеными из

университета Дьюка, совершенно университета Дьюка, совершенно непохож на плащ и невидим лишь непохож на плащ и невидим лишь

для микроволндля микроволн..

МетаматериалыМетаматериалы

Как это работаетКак это работает??

1. Покрывающий предмет метаматериал, представляющий собой гибрид проводника и диэлектрика, действует как ускоритель для попадающих внутрь него квантов света

2. Свет падает на оболочку из метаматериала. Но он не преломляется за пределы оболочки, а проходит внутри нее, огибая предмет вокруг.

3. Свет покидает оболочку в том же самом направлении, словно никакого предмета не было, так что скрытый предмет остается невидимым.

МетаматериалыМетаматериалы

Будет ли создан «плащ-невидимка»Будет ли создан «плащ-невидимка»??

Одиночные молекулыОдиночные молекулы

Новые горизонты химии и технологии (по А.Л. Бучаченко)Новые горизонты химии и технологии (по А.Л. Бучаченко)

На рубеже На рубеже XX XX и и XXI XXI веков в химии и молекулярной физике произошел веков в химии и молекулярной физике произошел прорыв в экспериментальной технике обнаружения и распознавания прорыв в экспериментальной технике обнаружения и распознавания одиночных молекул и в технологии манипулирования ими.одиночных молекул и в технологии манипулирования ими.

1.1. С детектированием одиночной молекулы достигается предел С детектированием одиночной молекулы достигается предел обнаружения в аналитической химии.обнаружения в аналитической химии.

2.2. Удается установить индивидуальные, «личные» свойства Удается установить индивидуальные, «личные» свойства единичной молекулы, не усредненные и не «спрятанные» в их единичной молекулы, не усредненные и не «спрятанные» в их ансамблеансамбле..

3.3. Появилась возможность наблюдать, как функционирует одиночная Появилась возможность наблюдать, как функционирует одиночная молекула.молекула.

4.4. Появившиеся технологии манипулирования одиночными Появившиеся технологии манипулирования одиночными молекулами (их перемещением и соединением, внедрением и молекулами (их перемещением и соединением, внедрением и объединением в заданные молекулярные ансамбли) позволяют объединением в заданные молекулярные ансамбли) позволяют создавать элементы наноэлектроники, наномеханики, нанооптики – создавать элементы наноэлектроники, наномеханики, нанооптики – т.е., служат основой будущих высоких технологий в реальной т.е., служат основой будущих высоких технологий в реальной экономике.экономике.

Источник:Источник: Бучаченко А.Л. Новые горизонты химии: одиночные молекулы. Успехи химии, 2006, т. Бучаченко А.Л. Новые горизонты химии: одиночные молекулы. Успехи химии, 2006, т. 75, № 1, с. 3–26.75, № 1, с. 3–26.

Моноэлементные полимеры (по А.Ю. Моноэлементные полимеры (по А.Ю. Шаулову)Шаулову)

Моноэлементные полимеры (1 – Е1) – класс неорганических Моноэлементные полимеры (1 – Е1) – класс неорганических высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых состоят из высокомолекулярных соединений, макромолекулы которых состоят из ковалентно связанных между собой однотипных химических элементов, ковалентно связанных между собой однотипных химических элементов, способных образовывать цепи различной структуры: способных образовывать цепи различной структуры:

ЛИНЕЙНЫЕЛИНЕЙНЫЕ ПЛАНАРНЫЕПЛАНАРНЫЕ ТРЕХМЕРНЫЕТРЕХМЕРНЫЕ КарбинКарбин

КумуленыКумулены

SnSn

SeSenn

TeTenn

(P(P44))nn

(2(2DD)) – – CC22DD – – графитграфит

PPn n ((черный фосфорчерный фосфор))

AsAsnn

SbSbnn

BiBinn

(3(3DD)) – C3D – – C3D – алмазалмаз

BBnn

SiSinn

GeGenn

Линейная изотропия, Линейная изотропия, планарная и объемная планарная и объемная

анизотропияанизотропия

Планарная изотропия, Планарная изотропия, объемная (1) объемная (1) анизотропияанизотропия

Объемная изотропияОбъемная изотропия

Источник:Источник: Шаулов А.Ю. Моноэлементные полимеры. Структура и свойства. ВМС, 5, 2006, т. 48, Шаулов А.Ю. Моноэлементные полимеры. Структура и свойства. ВМС, 5, 2006, т. 48, № 11, с. 2063–2080.№ 11, с. 2063–2080.

(1(1DD))--CC11DD

Фуллеренсодержащие полимерыФуллеренсодержащие полимерыС

тр

уктур

а

Стр

уктур

а

фул

лер

енсод

ер

жащ

фул

лер

енсод

ер

жащ

их п

ол

им

ер

ов

их п

ол

им

ер

ов

Стр

уктур

а

Стр

уктур

а

пол

иф

ул

лер

енов

пол

иф

ул

лер

енов

полимеры типа “браслет с полимеры типа “браслет с подвесками”подвесками”

звездообразные звездообразные полимерыполимеры

полимеры типа полимеры типа “жемчужное “жемчужное ожерелье”ожерелье”

линейная линейная орторомбическаяорторомбическая

двумерная двумерная тетрагональнаятетрагональная

ромбоэдрическромбоэдрическаяая

Могут проявлять свойства органических ферромагнетиков, сверхпроводников, электродных Могут проявлять свойства органических ферромагнетиков, сверхпроводников, электродных материалов, нелинейные оптические и другие поведения для техники материалов, нелинейные оптические и другие поведения для техники XXIXXI века свойства. века свойства.

Структурные типы наноразмерных объектовСтруктурные типы наноразмерных объектови их геометрические параметрыи их геометрические параметры

Русский терминРусский термин Английский терминАнглийский термин Описание*Описание*

НанотрубкиНанотрубки NanotubesNanotubes Трубчатые структуры с внешним диаметром до 100 нм, Трубчатые структуры с внешним диаметром до 100 нм, LL<1 <1 мкммкм

НанопрутикиНанопрутики NanoroadsNanoroads Квазиодномерные цилиндрические структуры, Квазиодномерные цилиндрические структуры, DD<100<100 нм, нм, LL<1 <1 мкммкм

НанопроволокаНанопроволока NanowireNanowire То же, То же, DD<100<100 нм, нм, LL<1 <1 мкммкм

НановолокнаНановолокна NanofibersNanofibers Нити, Нити, DD≤≤50 50 нм, нм, LL>1 >1 мкммкм

НаночастицыНаночастицы NanoparticlesNanoparticles Компактные частицы, Компактные частицы, DD<10<10 нм нм

Нанопорошок Nanopowder То же, D<100 нм

Наноразмерные Наноразмерные кристаллитыкристаллиты

NanotodsNanotods Кристаллиты размером до 100 нмКристаллиты размером до 100 нм

НаноусыНаноусы NanowhiskersNanowhiskers Структуры в виде игл длиной несколько мкм и толщиной в основании Структуры в виде игл длиной несколько мкм и толщиной в основании < < 100 нм100 нм

НанолентыНаноленты NanoribbonsNanoribbons Структура в виде плоских лени толщиной до 100 нм и шириной Структура в виде плоских лени толщиной до 100 нм и шириной больше толщиныбольше толщины

НаностолбикиНаностолбики NanocolumnsNanocolumns Наноструктуры с Наноструктуры с DD≤10≤100 0 нм, нм, LL>>DD

НанокабельНанокабель NanocableNanocable Структура с морфологией коаксиального кабеля, Структура с морфологией коаксиального кабеля, DD≤10≤100 0 нмнм

НаномостыНаномосты NanobridgesNanobridges Структуры с морфологией, подобной конструкциям мостов, длиной Структуры с морфологией, подобной конструкциям мостов, длиной десятки мкм и диаметром отдельных «деталей» до 100 нмдесятки мкм и диаметром отдельных «деталей» до 100 нм

НаногвоздиНаногвозди NanonailsNanonails Структура в виде гвоздей, Структура в виде гвоздей, DD≤10≤100 0 нмнм

НанороторыНанороторы 4(6)-4(6)-Fold nanorotorsFold nanorotors Наноструктуры в виде ротора с 4(6) лопастями, диаметр Наноструктуры в виде ротора с 4(6) лопастями, диаметр составляющих до 100 нмсоставляющих до 100 нм

Тетраэдрическая

Т-наноструктура

Tetrapod nanostructure Наноструктура из четырех нанопрутиков (DD≤10≤100 0 нм) с общим нм) с общим центромцентром

Нанокомпозит Nanocomposite Материал из частиц различных веществ размерами до 100 нм

Нанопроволоки, формируемые в трековых Нанопроволоки, формируемые в трековых мембранахмембранах

сборник электролитасборник электролита

разряжениеразряжение

корпускорпус

подложкаподложка (катод)(катод)

Сu-фольгаСu-фольга

трековая мембранатрековая мембрана

уплотнительное уплотнительное кольцокольцо

металлический металлический цилиндрцилиндр

электролитэлектролит

блок блок перепо-перепо-люсовкилюсовки

емкость с емкость с электролитомэлектролитом

γ γ (0,5 – 3 (0,5 – 3 Гр/с)Гр/с)

11. . ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ СЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ Сu u В ПОРАХ МЕМБРАНЫВ ПОРАХ МЕМБРАНЫ

2. 2. ДЕСТРУКЦИЯ МЕМБРАНЫ ДЕСТРУКЦИЯ МЕМБРАНЫ ОБЛУЧЕНИЕМ НА ВОЗДУХЕОБЛУЧЕНИЕМ НА ВОЗДУХЕ

3. 3. РАСТВОРЕНИЕ МЕМБРАНЫ В РАСТВОРИТЕЛЕ РАСТВОРЕНИЕ МЕМБРАНЫ В РАСТВОРИТЕЛЕ

4.4. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ С ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Сu-u-РЕПЛИКИ РЕПЛИКИ

ПараметрПараметр ВеличинаВеличина

Диаметр проволоки, мкмДиаметр проволоки, мкм0,014 – 5,0000,014 – 5,000

Длина проволоки, мкмДлина проволоки, мкм 5 – 405 – 40

Плотность, смПлотность, см-2-2 101000 - 10 - 1088

Модуль Юнга, ПаМодуль Юнга, Па 2·102·101010 - 12·10 - 12·101010

ПАРАМЕТРЫ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОЛОКПАРАМЕТРЫ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОЛОК

0,2 0,2 мкммкм

Патент 7373Патент 7373 BY BY

Грант БРФФИ–РФФИ №Т04Р-066Грант БРФФИ–РФФИ №Т04Р-066

НаноизделиеНаноизделие

НанозапчастьНанозапчасть

Если приглядеться, это самая Если приглядеться, это самая обычная коробка передач – только обычная коробка передач – только состоящая всего из нескольких сотен состоящая всего из нескольких сотен атомов. Такое устройство еще не атомов. Такое устройство еще не создано, но его автор Эрик Дрекслер создано, но его автор Эрик Дрекслер просчитал его на компьютерной просчитал его на компьютерной модели и убедился, что оно может модели и убедился, что оно может существовать и работать – если существовать и работать – если только каким-то образом соединить только каким-то образом соединить нужные атомы в нужном порядке.нужные атомы в нужном порядке.

НаносистемаНаносистема

«Самая маленькая в мире повозка» с колесами-«Самая маленькая в мире повозка» с колесами-фуллеренами, созданная в университете РАЙС фуллеренами, созданная в университете РАЙС

(Нью-Йорк), способна перемещаться по (Нью-Йорк), способна перемещаться по поверхности кристалла за счет его собственной поверхности кристалла за счет его собственной

теплоты. В макромире это было бы теплоты. В макромире это было бы нарушением второго закона термодинамикинарушением второго закона термодинамики

Фуллерен – полный жесткий многогранник Фуллерен – полный жесткий многогранник из 60 атомов углерода. За открытие этой из 60 атомов углерода. За открытие этой

молекулы Ричард Смолли получил молекулы Ричард Смолли получил Нобелевскую премию 1996 года.Нобелевскую премию 1996 года.

ЗаключениеЗаключение

На рубеже На рубеже XX – XXI XX – XXI веков в материаловедении наметились веков в материаловедении наметились прорывные направления в создании новых и существенном прорывные направления в создании новых и существенном развитии традиционных принципов формирования активных, развитии традиционных принципов формирования активных, адаптивных и умных материалов и системадаптивных и умных материалов и систем..

Основу подобных принципов составляют аналогии в Основу подобных принципов составляют аналогии в функционировании и развитии природных и технических систем в функционировании и развитии природных и технических систем в сочетании с новейшими фундаментальными достижениями сочетании с новейшими фундаментальными достижениями смежных наук – физики, химии, биологии, механики и дополненные смежных наук – физики, химии, биологии, механики и дополненные возможностями компьютерного моделирования и микросистемной возможностями компьютерного моделирования и микросистемной техники эксперимента.техники эксперимента.

Именно здесь находится и в ближайшие десятилетия будет Именно здесь находится и в ближайшие десятилетия будет лежать «высокоурожайное поле» научного поиска материаловедов лежать «высокоурожайное поле» научного поиска материаловедов мира.мира.

БлагодарноБлагодарностисти

Коллеги из ИММС НАН БеларусиКоллеги из ИММС НАН Беларуси

Пинчук Л.С. Гракович Р.И.Пинчук Л.С. Гракович Р.И. Селькин В.П. Ходько Н.Т.Селькин В.П. Ходько Н.Т. Хиженок В.Ф.Хиженок В.Ф. Петроковец Е.М.Петроковец Е.М.

Коллеги из других организацийКоллеги из других организаций

Бучаченко А.Л. Макаева Т.А.Бучаченко А.Л. Макаева Т.А. Шаулов А.Ю. Литвиненко Е.В.Шаулов А.Ю. Литвиненко Е.В. Козловский Б.Козловский Б. Куземкина Г.М. Куземкина Г.М. Шимановский А.О.Шимановский А.О.

СПАСИБО СПАСИБО ЗА АДАПТИВНОЕ ЗА АДАПТИВНОЕ ВНИМАНИЕВНИМАНИЕ

и мультимодульное терпение!и мультимодульное терпение!

Конкурентоспособность продукции на мировом рынкеКонкурентоспособность продукции на мировом рынке

Некоторые определяющие факторыНекоторые определяющие факторы

современные энерго- и ресурсосберегающие современные энерго- и ресурсосберегающие технологиитехнологии

адекватная степень автоматизации процессовадекватная степень автоматизации процессов

уровень использования новых материаловуровень использования новых материалов

концепция жизненного цикла продукцииконцепция жизненного цикла продукции

реклама, маркетинг, сервис, авторские права, реклама, маркетинг, сервис, авторские права, таможенная политика...таможенная политика...

Основная проблема общественного Основная проблема общественного производства Беларусипроизводства Беларуси

За все исторически обозримое время За все исторически обозримое время до 1996 года материаловеды всего мира до 1996 года материаловеды всего мира создали 17 млн. веществ. Затем каждый создали 17 млн. веществ. Затем каждый год добавляют по год добавляют по ~~ 1 млн., т.е. на конец 1 млн., т.е. на конец 2006 года в мире известно 2006 года в мире известно ~~ 2 277 млн. млн. веществ искусственного и естественного веществ искусственного и естественного происхождения.происхождения.

Систематизация и классификация Систематизация и классификация веществ—основа их эффективного веществ—основа их эффективного использования и прогноза принципов использования и прогноза принципов создания новых материалов, адекватных создания новых материалов, адекватных по свойствам текущимпо свойствам текущим и перспективным и перспективным тенденциям развития техники и тенденциям развития техники и технологий.технологий.

Сколько в мире материаловСколько в мире материалов??

Место и роль материала в процессе создания Место и роль материала в процессе создания новой техникиновой техники

((адаптивная схемаадаптивная схема))

Задача, Задача, идеяидея КонструкцияКонструкция МатериалМатериал

ТехнологияТехнология

ИЗДЕЛИЕИЗДЕЛИЕ

(по Д.Н.Решетову)(по Д.Н.Решетову)

Средства повышения Средства повышения надежности, надежности,

долговечностидолговечностии эффективностии эффективности

Принципы местного качества Резервирование Уменьшение контактных

напряжений Создание напряжений сжатия Обтекаемые формы Волнообразные и шаговые

перемещения

Общие принципы Общие принципы совершенствования совершенствования

механических свойств в механических свойств в природе и техникеприроде и технике

• Равнопрочность• Рациональность форм

сечений• Равнодолговечность• Композитность систем• Многоконтактность• •

Аналогии в направлениях развития Аналогии в направлениях развития природы и техникиприроды и техники

Полимерные композиты являются Полимерные композиты являются потенциальными носителями потенциальными носителями интеллектуальных свойств: они интеллектуальных свойств: они

чувствительны к физическим полям, чувствительны к физическим полям, т.е. имеют сенсорную функцию;т.е. имеют сенсорную функцию;

способны воспроизвести способны воспроизвести эффекторную и процессорную эффекторную и процессорную функции, функции,

и наконец, из всех материалов онии наконец, из всех материалов они наиболее близки к живой природе.наиболее близки к живой природе.

Полимерные композиты – материалы Полимерные композиты – материалы настоящего и будущегонастоящего и будущего

• Мультимодульность поликристаллических тел.

• «…Этому открытию, еще меньше десяти лет (1968), так что должно пройти немало времени, прежде чем будут постигнуты все его разветвления как в механике сплошных сред, так и в атомной механике» (Дж.Ф. Белл, 1968 г.)• .

Область поискаОбласть поиска

Мезомеханический анализ Мезомеханический анализ полимерных композитовполимерных композитов

АдаптивнАдаптивные ые

композитыкомпозиты

Ти

п

Ти

п

мате

ри

ал

ам

ате

ри

ал

а

A

BCМод

ел

Мод

ел

ььЯ

чей

ка п

ери

од

ичн

ост

иЯ

чей

ка п

ери

од

ичн

ост

и

Пены

fn

ft

Перфорированные

Гранулированные

Наполненные (частица, волокно)

Кристаллиты