MSSP: Разработана система для изучения динамики резиноподобных материалов

Резиноподобные материалы, широко используемые в демпферах, обладают уникальным свойством — динамической вязкоупругостью, позволяющей им преобразовывать механическую энергию колебаний в тепловую, проявляя при этом пружинистое и текучее поведение одновременно.

В зависимости от требований, предъявляемых к динамической вязкости, возможна индивидуализация этих материалов путем смешивания их с соединениями определенной молекулярной структуры.

Однако механизмы, лежащие в основе различных механических свойств этих материалов, остаются неясными. Основной причиной такого пробела в знаниях является отсутствие комплексной системы, позволяющей одновременно измерять механические свойства и наблюдать микроструктурную динамику этих материалов. Хотя рентгеновская компьютерная томография (КТ) в последнее время стала перспективной для неразрушающего контроля внутренней структуры материалов вплоть до наноразмеров, она не приспособлена для наблюдения в динамических условиях.

В этих условиях группа исследователей под руководством доцента (tenure-track) Масами Мацубара из Школы креативных наук и инженерии инженерного факультета Университета Васэда (Япония) разработала инновационную систему, позволяющую одновременно проводить динамический механический анализ и динамическую микрорентгеновскую компьютерную томографию. Результаты исследования были опубликованы в Интернете 19 октября 2023 г., а 15 декабря 2023 г. они будут опубликованы в томе 205 журнала Mechanical Systems and Signal Processing.

Интегрируя рентгеновскую компьютерную томографию, выполненную на крупной установке синхротронного излучения Spring-8 (BL20XU), и механический анализ в динамических условиях, мы можем прояснить взаимосвязь между внутренней структурой материала, его динамическим поведением и демпфирующими свойствами, — поясняет доктор Мацубара.

В основе этой новой системы лежит динамический микрорентгеновский томограф и специально разработанный компактный шейкер, способный точно регулировать амплитуду и частоту колебаний.

Команда использовала эту инновационную систему для изучения различий между стирол-бутадиеновым каучуком (SBR) и натуральным каучуком (NR), а также для исследования влияния формы и размера частиц ZnO на динамическое поведение композитов SBR.

Исследователи провели динамическую микрорентгеновскую компьютерную томографию этих материалов, вращая их во время съемки и одновременно подвергая вибрации от шейкера. Затем были построены гистограммы амплитуд локальных деформаций с использованием локальных деформаций, извлеченных из трехмерных реконструированных изображений внутренних структур материалов. Эти гистограммы в сочетании с коэффициентом потерь материалов, являющимся мерой внутреннего демпфирования материала, были проанализированы для понимания их динамического поведения.

При сравнении материалов SBR и NR, имеющих существенно разные коэффициенты потерь, специалисты не обнаружили заметных различий между гистограммами амплитуд локальных деформаций. Однако в присутствии композитных частиц, таких как ZnO, гистограммы имели более широкое распределение деформаций. Это говорит о том, что деформация в таких материалах неоднородна и зависит от формы и размера частиц, что может маскировать любые изменения, вызванные добавлением частиц.

Данная технология позволяет изучать микроструктуру резины и резиноподобных материалов в динамических условиях и может привести к разработке топливосберегающих резиновых шин или перчаток, которые не разрушаются. Кроме того, эта технология может позволить проводить динамическую рентгеновскую компьютерную томографию живых органов, которые многократно деформируются, например, сердца, и даже открыть путь к созданию искусственных органов, — говорит доктор Мацубара, подчеркивая важность данного исследования.

В целом эта прорывная технология способна расширить представление о микроструктуре вязкоупругих материалов и, возможно, открыть двери для разработки новых материалов с улучшенными свойствами.

09.11.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса