"Keldysh Center" 직원 및 MAKS-2021에서의 개발
재료 과학 분야에서 유망한 분야 중 하나는 소위 창조입니다. 자가 치유 재료. 이들은 주요 기계적 특성을 유지하면서 손상된 부분을 독립적으로 수리할 수 있는 특수 복합재입니다. 자가 치유 복합 재료는 해외와 우리나라에서 개발되고 있습니다. 이 방향의 주요 국내 프로젝트는 "Roscosmos"의 State Scientific Center "Keldysh Center"에서 만들어지고 있습니다.
원근법 방향
Keldysh Center는 러시아 기초 연구 재단(Russian Foundation for Basic Research) 및 기타 여러 과학 기관과 함께 지난 몇 년 동안 자가 치유 물질에 대한 주제를 연구해 왔습니다. 주요 아이디어와 개념은 이미 발견되었으며 특정 화합물 및 이를 기반으로 하는 합성물에 대한 연구가 수행되었습니다. 달성된 성공은 동료 심사 저널에 여러 번 보고되었습니다. 또한 전시회에서 새로운 재료의 샘플이 전시됩니다.
유망한 합성물의 현재 버전은 지난 전시회 MAKS-2021 및 Army-2021에서 시연되었습니다. 그는 이미 실험실 테스트를 통과했으며 그 동안 펑크와 상처에서 회복할 수 있는 계산된 능력을 확인했습니다. 프로토타입에서 최대 수 밀리미터 크기의 손상을 빠르고 효율적으로 "조임"했습니다.
조직-개발자에 따르면 유망한 프로젝트에 대한 연구 작업은 올해 XNUMX월에 완료될 예정입니다. 추가 계획은 아직 공개되지 않았습니다. 아마도 "Keldysh Center"와 다른 기업들이 새로운 합성물을 실제로 도입하는 문제를 해결하기 시작할 것입니다.
현재 전시되어 있는 자가치유복합소재는 다양한 제품에 적합한 부드러운 다층소재입니다. 우선, 우리는 다양한 목적을 위한 팽창식 요소에 대해 이야기하고 있습니다. 이들은 대기가 있는 거주 가능한 구획, 액체 탱크 등이 될 수 있습니다.
신소재
유망한 합성물은 보로실록산과 그 화합물을 기반으로 합니다. 복합 재료에 사용되는 화합물은 비뉴턴 유체의 특성을 가지므로 필요한 기능, 즉 정적 하중을 견디고 손상으로부터 회복하는 능력이 제공됩니다.
보로실록산 특성:) - 충격 하중 하에서 탄성으로 인한 반발; b, c) - 중력의 영향을 받는 유동성; d, e) - 물질의 스트레칭
보로실록산은 일반적으로 유사한 구조를 가진 다양한 복합 재료를 만드는 데 사용할 수 있습니다. XNUMX층 시스템을 제안합니다. 외부 및 내부는 필요한 기계적 특성을 제공하는 다른 재료로 만들 수 있습니다. 특히, 그것은 가교 결합 된 보로실록산 일 수 있습니다 - 한 유형 또는 다른 유형의 섬유를 사용하는 물질. 실리콘 및 실리콘 함침 유리 섬유도 테스트되었습니다.
외부 층 사이에는 순수한 형태 또는 섬유 충전물이 있는 점성 보로실록산의 비교적 두꺼운 매트릭스 층이 배치됩니다. 비 뉴턴 유체의 모든 속성을 사용하고 소위 말하는 사람은 바로 그 사람입니다. 구멍의 "치유"로 이어지는 손상된 부위로의 대량 전달. 복합재의 구성에 따라 다른 층도 유사한 특성을 가질 수 있습니다. 또한 모든 레이어에는 기계적 기능과 손상을 조이는 과정에서 고유 한 기능이 있습니다.
자가 치유 복합 재료의 원리는 매우 간단합니다. 특정 압력의 내부 분위기에서 작동하도록 설계된 팽창식 또는 기타 제품은 이러한 재료로 만들어집니다. 후자는 복합재의 내부 층이 탄성 물질의 특성을 갖는 장력을 생성합니다. 이 동작은 영향을 받거나 다른 부하가 걸려도 지속됩니다.
하나 이상의 층이 손상되면 장력이 감소하여 보로실록산이 점성 액체의 특성을 나타내기 시작합니다. 그것은 구멍으로 새어 나오려고 하며 결과적으로 말 그대로 구멍을 닫습니다. 이로 인해 제품에서 대기의 방출이 멈추고 하중이 다시 나타나 복합재가 탄성과 충격에 강해집니다.
손상 복구 속도는 복합 재료의 구조, 보로실록산 매트릭스의 구성, 구멍의 특성 등에 따라 다릅니다. 작은 흠집과 관통 손상은 몇 초 안에 수리됩니다. 더 큰 휴식 시간은 몇 분이 걸립니다. "치유된" 손상의 가능한 최대 크기는 내부 레이어의 두께와 그에 따라 전달할 수 있는 질량의 양에 따라 결정됩니다. 그러나 지금까지 우리는 밀리미터에 대해서만 이야기하고 있습니다.
우주와 그 너머를 위해
Keldysh Center는 여러 지역에 있는 Roscosmos의 본부입니다. 특히 '우주기술용 기능성 소재' 방향의 개발을 담당하고 있다. 이것은 주로 로켓과 우주 산업을 위한 새로운 자가 치유 재료가 만들어지고 있음을 나타냅니다.
작업 계획(왼쪽)과 합성물의 단면(오른쪽)
제안된 합성물에는 몇 가지 중요한 특징이 있습니다. 회복 능력 외에도 가볍고 유연합니다. 이 모든 것이 일부 제품 및 물체의 구조 재료로 사용되어 특정 수준의 보호를 제공합니다. 또한 기계적 손상에 대한 추가 보호 기능으로 다른 재료와 함께 사용할 수 있습니다.
예를 들어, 자가 치유 합성물은 파편이나 미세 운석으로부터 우주선을 보호하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 물질은 작은 물체의 충격을 흡수하고 에너지를 소멸시켜 선박의 주요 구성 요소가 손상되는 것을 방지합니다. 또한 복합 재료는 구멍을 밀봉할 수 있으므로 전체 시스템의 수명이 연장됩니다.
또한 새로운 합성물은 차세대 우주복에 응용될 수 있습니다. 이 경우 궤도 작업과 달 프로그램 모두를 위한 우주복을 만드는 것이 가능합니다. 두 경우 모두 새로운 재료의 특성이 유리하고 슈트의 성능을 향상시킬 것입니다.
먼 미래에 자가 치유 재료는 달의 정거장과 같은 영구 구조물 건설에 사용될 수 있습니다. 필요한 치수의 합성 돔은 다른 구조보다 가벼워서 배송 및 설치가 간단합니다. 게다가, 보로실록산의 도움으로 미세 운석의 "공격"으로 인한 경미한 수리 및 누출 문제가 해결될 것입니다.
당연히 복구 가능한 복합 재료는 우주뿐만 아니라 지구에서도 사용할 수 있습니다. 다양한 용도의 용기를 만드는 데 사용할 수 있으며 장비나 구조물의 건설 등에 사용할 수 있습니다. 일반적으로 특정 프로젝트에서 이러한 재료를 사용해야 하는 필요성과 실행 가능성에 따라 달라집니다.
경험과 실천
그러나 "Keldysh Center"및 관련 기관의 유망한 프로젝트는 연구 단계에 불과합니다. 연말에 완료되면 주요 결과와 방향의 실제 전망이 명확해질 것입니다. 그런 다음 실제 프로젝트에 새로운 재료를 도입하는 문제를 해결할 수 있습니다.
이론적으로 자가치유 소재는 다양한 분야에서 활용될 수 있으며 미래가 밝다. 그러나 지금까지 잘 개발되고 "기술적으로 성숙한" 제형 및 제형의 부족으로 인해 도입이 불가능했습니다. 이 문제에 대한 해결책은 원하는 목표에 접근하고 있으며 곧 새로운 기술이 로켓 및 우주 기술 설계자의 손에 들어갈 것입니다.