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

Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать

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