Por espacio y más allá. El "Centro Keldysh" del SSC está completando una investigación sobre materiales autocurativos

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Empleados del "Keldysh Center" y sus desarrollos en MAKS-2021

Una de las áreas prometedoras en el campo de la ciencia de los materiales es la creación de los llamados. materiales autocurativos. Se trata de composites especiales capaces de reparar de forma independiente las zonas dañadas manteniendo las principales características mecánicas. Los composites autorreparables se están desarrollando en el extranjero y en nuestro país. Los principales proyectos nacionales en esta dirección se están creando en el Centro Científico Estatal “Keldysh Center” de Roscosmos.

Dirección de perspectiva


El Centro Keldysh, junto con la Fundación Rusa para la Investigación Básica y varias otras organizaciones científicas, ha estado trabajando en el tema de los materiales de autocuración durante los últimos años. Ya se han encontrado las ideas y conceptos principales, así como se han realizado estudios de compuestos específicos y composites basados ​​en ellos. Los éxitos logrados se han publicado muchas veces en revistas revisadas por pares. Además, en las exposiciones se muestran muestras de nuevos materiales.



La versión actual del compuesto prometedor se demostró en las exposiciones anteriores MAKS-2021 y Army-2021. Ya pasó las pruebas de laboratorio, durante las cuales confirmó la capacidad calculada para recuperarse de pinchazos y cortes. En los prototipos, los daños de hasta varios milímetros de tamaño se "ajustaban" rápida y eficazmente.

Según el desarrollador de la organización, el trabajo de investigación sobre el prometedor proyecto se completará en diciembre de este año. Aún no se han revelado más planes. Quizás, el "Centro Keldysh" y otras empresas comenzarán a resolver los problemas de la introducción del nuevo compuesto en la práctica.

El compuesto autorreparador que se exhibe actualmente es un material multicapa suave adecuado para una variedad de productos. En primer lugar, estamos hablando de elementos inflables para diversos fines. Pueden ser compartimentos habitables con atmósfera de aire, tanques para líquidos, etc.

Nuevo material


El compuesto prometedor se basa en borosiloxano y sus compuestos. Los compuestos utilizados en el compuesto tienen las propiedades de un fluido no newtoniano, por lo que se proporcionan las funciones necesarias: la capacidad de soportar cargas estáticas y recuperarse de daños.

Por espacio y más allá. El "Centro Keldysh" del SSC está completando una investigación sobre materiales autocurativos

Propiedades del borosiloxano: a) - rebote debido a la elasticidad bajo carga de choque; b, c) - fluidez bajo la acción de la gravedad; d, e) - estiramiento de la sustancia

El borosiloxano se puede usar para crear varios compuestos que generalmente tienen una arquitectura similar. Se propone un sistema de tres capas. El exterior y el interior se pueden fabricar de diferentes materiales, dando las características mecánicas requeridas. En particular, puede ser borosiloxano reticulado, una sustancia con el uso de fibras de un tipo u otro. También se probaron silicona y fibra de vidrio impregnada de silicona.

Entre las capas externas se coloca una capa de matriz relativamente gruesa de borosiloxano viscoso en forma pura o con relleno de fibra. Es él quien utiliza todas las propiedades de un fluido no newtoniano y es el responsable del llamado. transferencia de masa al área dañada, lo que lleva a la "curación" del agujero. Dependiendo de la composición del material compuesto, otras capas pueden tener propiedades similares. Además, todas las capas tienen sus propias funciones, tanto mecánicas como en el proceso de apriete de daños.

El principio del composite autocurativo es bastante simple. Un producto inflable o de otro tipo diseñado para trabajar con una atmósfera interna con cierta presión está hecho de dicho material. Este último crea una tensión en la que la capa interna del material compuesto tiene las propiedades de una sustancia elástica. Este comportamiento persiste bajo impacto u otra carga.

Si una o más capas están dañadas, la tensión se reduce, como resultado de lo cual el borosiloxano comienza a exhibir las propiedades de un líquido viscoso. Busca filtrarse en el agujero y, como resultado, lo cierra literalmente. Debido a esto, la liberación de la atmósfera del producto se detiene y reaparecen las cargas, lo que hace que el compuesto sea elástico y resistente al impacto.

La tasa de recuperación del daño depende de la arquitectura del material compuesto, de la composición de la matriz de borosiloxano, de la naturaleza del agujero, etc. Pequeñas abolladuras y daños a través se reparan en unos segundos. Los descansos más grandes tardan varios minutos. El tamaño máximo posible del daño "curado" está determinado por el grosor de la capa interna y, en consecuencia, la cantidad de masa disponible para la transferencia. Sin embargo, hasta ahora solo estamos hablando de milímetros.

Por el espacio y más allá


El Centro Keldysh es la sede de Roscosmos en varias regiones. En particular, es responsable del desarrollo de la dirección "Materiales funcionales para la tecnología espacial". Esto indica que se están creando nuevos materiales autocurativos principalmente para la industria espacial y de cohetes.


Esquema de trabajo (izquierda) y sección transversal del compuesto (derecha)

Los compuestos propuestos tienen varias características importantes. Además de su capacidad de recuperación, son ligeros y flexibles. Todo esto permite que se utilicen como materiales estructurales para algunos productos y objetos, otorgando un cierto nivel de protección. Además, se pueden utilizar junto con otros materiales como protección adicional contra daños mecánicos.

Por ejemplo, se puede usar un compuesto autorreparable para proteger una nave espacial de escombros o micrometeoritos. Dicho material absorberá los impactos de pequeños objetos y extinguirá su energía, evitando que dañen los principales componentes del barco. Además, el composite podrá sellar los orificios, lo que prolongará la vida útil de todo el sistema.

Además, los nuevos compuestos pueden encontrar aplicación en trajes espaciales de próxima generación. En este caso, es posible crear trajes espaciales tanto para trabajar en órbita como para el programa lunar. En ambos casos, las propiedades de los nuevos materiales serán beneficiosas y mejorarán el rendimiento de los trajes.

En un futuro lejano, los materiales autocurativos se pueden utilizar en la construcción de estructuras permanentes, como estaciones en la luna. Una cúpula compuesta de las dimensiones requeridas será más liviana que cualquier otra estructura, lo que simplificará su entrega e instalación. Además, con la ayuda del borosiloxano se solucionará el problema de pequeñas reparaciones y fugas por "ataques" de micrometeoritos.

Naturalmente, los compuestos recuperables se pueden utilizar no solo en el espacio, sino también en la Tierra. Se pueden utilizar para fabricar contenedores para diversos fines, es posible utilizarlos en la construcción de equipos o estructuras, etc. En general, todo se reduce a la necesidad y viabilidad de utilizar dichos materiales en proyectos específicos.

Experiencias y práctica


Sin embargo, aunque el prometedor proyecto del "Centro Keldysh" y organizaciones relacionadas se encuentra solo en la etapa de trabajo de investigación. Se completarán a finales de año, y entonces quedarán claros los principales resultados y las perspectivas reales de la dirección. Entonces será posible estudiar los problemas de la introducción de nuevos materiales en proyectos reales.

En teoría, los materiales autocurativos se pueden utilizar en una amplia variedad de campos y tienen un gran futuro. Sin embargo, hasta ahora, su introducción ha sido imposible debido a la falta de formulaciones y formulaciones bien desarrolladas y "técnicamente maduras". La solución a este problema se acerca al final deseado, y pronto la nueva tecnología estará en manos de los diseñadores de tecnología espacial y de cohetes.
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23 comentarios
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  1. -8
    8 2021 septiembre
    y pronto la nueva tecnología estará en manos de diseñadores de tecnología espacial y de cohetes.
    Si para ese momento todavía tenemos tales constructores.
    1. +5
      8 2021 septiembre
      una tecnología prometedora, que recordó a la biotecnología del Strugatsky (temprano).
      los diseñadores permanecerán, pero lo malo es que un joven científico se ve obligado a publicar sus desarrollos en el acceso abierto - un "índice de citas" malicioso, etc. , los "socios" ahora ni siquiera necesitan reconocimiento.
      1. -1
        8 2021 septiembre
        Cita: Gunter
        "índice de citas" dañino

        Por cierto, ¡sí! Pero las figuras pseudocientíficas están muy orgullosas.
        1. +4
          8 2021 septiembre
          WoS (la base de datos de la biblioteca de EE. UU.) Está ocupada por colchones, Yukey y holandés: las publicaciones de los científicos rusos no llegarán o estarán en forma recortada.
          en cualquier caso, los datos (desarrollos) están a disposición de los "socios".
          para garantizar la seguridad nacional, es necesario crear un sistema nacional de índices de citas científicas, esto es al menos.
          1. +2
            8 2021 septiembre
            es necesario crear un sistema nacional de índices de citas científicas, esto es al menos.

            Es, esta es una buena lista antigua de publicaciones VAK, especialmente porque está revisada por pares, por lo que es difícil pasar a través de tonterías. Y que los índices de Hirsch se midan entre sí allí.
            1. 0
              8 2021 septiembre
              ... Y los índices de Hirsch
              déjalos uno frente al otro allí.

              El hecho es que la financiación, después de la "reforma" de la Academia de Ciencias de Rusia ("Sobre la evaluación del desempeño de las organizaciones científicas" después del gobierno), depende de la "cita científica", citar en revistas extranjeras será una mierda (y la valiosa se reservará para uso interno), y esta mierda obtendrá financiación.
              Además, los científicos están empezando a depender no del reconocimiento dentro de Rusia (RSCI), sino de Google Scholar, WOK, SCOPUS y WOS.
              1. 0
                8 2021 septiembre
                Desafortunadamente, tienes razón. Esto es de la serie "la locura se hizo más fuerte".
              2. +2
                8 2021 septiembre
                Cita: Gunter
                El hecho es que la financiación, después de la "reforma" de la Academia de Ciencias de Rusia ("Sobre la evaluación del desempeño de las organizaciones científicas" después del gobierno), depende de la "cita científica", citar en revistas extranjeras será una mierda (y la valiosa se reservará para uso interno), y esta mierda obtendrá financiación.
                Además, los científicos están empezando a depender no del reconocimiento dentro de Rusia (RSCI), sino de Google Scholar, WOK, SCOPUS y WOS.

                Eh, bueno, no sabes cómo funciona, así que por favor no escribas ... Esto se aplica solo a la ciencia en el pleno sentido de "civil", todos los desarrollos de importancia estratégica nadie en su totalidad no los publicará en ningún lugar y su financiación pasa por canales completamente diferentes a los del viejo RFBR ...

                Py.Sy.: Y sí, nadie citará "tonterías" en revistas extranjeras, todo lo contrario. Debido a esto, algunos "académicos" domésticos (como el siempre memorable padre e hijo de los Atabekovs, que venden vodka falsificado) estaban muy preocupados de que no recibirían fondos del estado de forma gratuita para sus "tonterías" aserradas. Y repito, esto se aplica solo a aquellas áreas donde, por definición, no hay nada secreto ...
      2. +2
        8 2021 septiembre
        Cita: Gunter
        "índice de citas" malicioso y similares. , los "socios" ahora ni siquiera necesitan reconocimiento.

        No se preocupe, nadie publica desarrollos secretos, solo aquellos que no son de importancia estratégica ...
    2. +1
      8 2021 septiembre
      Espero que haya menos de ustedes. Zadolbali ya "vserosralshchiki"
      1. -3
        8 2021 septiembre
        Cita: Fil743
        Espero que haya menos de ustedes.

        Tocado por personas que miran todo a través de un punto rosa, pero a la vez viciosas como hurones.
      2. +2
        8 2021 septiembre
        Por supuesto, menos y esto es bastante lógico. Recuerdo la frase de John Silver sobre los muertos vivos y la envidia
    3. +1
      9 2021 septiembre
      En vano menos. De hecho, es absolutamente cierto.
  2. +11
    8 2021 septiembre
    El asfalto estaría bien autoapriete.
    1. 0
      8 2021 septiembre
      es necesario robar menos y observar la tecnología de apilamiento. Y no necesitas inventar nada.
      1. +2
        8 2021 septiembre
        El asfalto estaría bien autoapriete.

        Los tanques estuvieron protegidos durante la Segunda Guerra Mundial. Se apretó el calibre del rifle. Habría goma ...
    2. +2
      8 2021 septiembre
      Bueno, esto está en la perspectiva hiperlejana))
  3. +2
    8 2021 septiembre
    ... Sin embargo, hasta ahora, su introducción ha sido imposible debido a la falta de formulaciones y formulaciones bien desarrolladas y "técnicamente maduras". La solución a este problema es aproximada.

    Las pinturas para automóviles que curan los rasguños por sí mismas han sido una realidad desde hace mucho tiempo.
    Solo los resultados de su aplicación son controvertidos. Tanto en términos de tiempo como de precio.
    1. +4
      8 2021 septiembre
      Bueno, la pintura para automóviles no experimenta estrés, pero me pregunto cuál es la fuerza de este "autoapriete" si el "paciente" está bajo presión, por ejemplo, en el espacio.
      1. +5
        8 2021 septiembre
        No son solo pinturas
        También hay aplicaciones de energía.
        Se ha utilizado en tanques de combustible durante mucho tiempo.
        En los aviones de combate, las paredes internas de los tanques de combustible están protegidas con espuma, cuyos poros se llenan con un coagulador (del latín coagulatio - coagulación, engrosamiento), que se endurece al entrar en contacto con el aire cuando se produce un agujero como resultado del combate. daño o un rayo. El coalescedor, que fluye desde los poros de la espuma hacia el orificio, lo llena, se endurece y evita que se escape el combustible. Los volúmenes internos de los tanques están llenos de plástico poroso de poliuretano liviano que tiene una estructura reticular (esponjosa, porosa), que asegura la autoextinción del proceso de combustión, independientemente de la causa de su ocurrencia. Esto aumenta significativamente la seguridad contra incendios y explosiones, aumenta la capacidad de supervivencia de combate de la aeronave, naturalmente, a un cierto costo del volumen útil de los tanques de combustible y el peso.

        También existen otros usos, como las cámaras superelásticas para el transporte.
        Estas cámaras han aparecido en el mercado hace relativamente poco tiempo, pero han capturado una parte del mercado. La idea es que el material de la cámara sea muy elástico y suave. Los pequeños pinchazos sanan. Los objetos afilados atrapados permanecen dentro del orificio y evitan que el aire se escape como un tapón. Además, la propia cámara es mucho más elástica y, por tanto, el pinchazo es más difícil de "atrapar". Esto es nuevo y controvertido, pero tiene cierta efectividad.

        Solo que este es un placer muy caro.
        También hay compuestos que se inyectan en la cámara para garantizar propiedades similares: los pinchazos pequeños se aprietan, si algo grande entra y se sale, se sella automáticamente y puede conducir con un clavo en el neumático durante mucho tiempo.
        Pero de todos modos, su uso es limitado.
  4. 0
    8 2021 septiembre
    Debido a los desarrollos disponibles y la etapa de investigación:
    Sin embargo, aunque el prometedor proyecto del "Centro Keldysh" y organizaciones relacionadas se encuentra solo en la etapa de trabajo de investigación. Se completarán al final del año, y Entonces los principales resultados y las perspectivas reales de la dirección serán claros..

    Queda claro que en un futuro próximo el material obtenido solo podrá servir a la industria espacial ...
  5. +1
    8 2021 septiembre
    El material es buenocandidato sin duda. Pero desde la lógica femenina, armada con un taladro, am él no salvará. Necesitamos continuar investigando. Es una pena que los químicos no sean capaces de pronunciar una palabra importante: los materiales que se hinchan por el contacto con el oxígeno atmosférico son en sí mismos bastante peligrosos. Pero el caucho esponjoso simple, cuando entra en contacto con el queroseno, recuerdo, agujeros "curados" de manera confiable desde un calibre de 12,7 mm.
  6. +2
    8 2021 septiembre
    Si una o más capas están dañadas, la tensión se reduce, como resultado de lo cual el borosiloxano comienza a exhibir las propiedades de un líquido viscoso. Busca filtrarse en el agujero y, como resultado, lo cierra literalmente. Debido a esto, la liberación de la atmósfera del producto se detiene y reaparecen las cargas, lo que hace que el compuesto sea elástico y resistente al impacto.

    No importa cuántos autores de sitios web intenten cubrir cuestiones científicas y técnicas complejas, el panorama es deprimente.
    El borosiloxano exhibe las propiedades de un líquido viscoso en ausencia de estrés externo. Y cuando una o más capas están dañadas, el borosiloxano exhibe la propiedad de elasticidad debido a las interacciones intermoleculares de los átomos de boro y oxígeno. Debido a esta característica, los materiales a base de borosiloxano sometidos a cargas de baja velocidad como parte de los sistemas compuestos pueden llevar a cabo una transferencia de masa al área dañada y curar el defecto.

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