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.
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.