12:35 2021年01月19日
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俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究所和国立研究型技术大学(NUST )“ MISiS”团队的科学家们开发了一种用于复杂材料机械测试的通用技术,这将有助于更好地控制材料状态。据作者介绍,他们的方法将帮助确定微米级变形集中的区域,从而提前发现裂纹产生的部位,并提供防止材料破坏的解决方案。研究结果发表在科学杂志《Polymers》(Basel)上。

为了控制含油岩石、航空复合材料、发动机耐热合金和其它具有分层结构的材料的状态,必须确切了解变形是如何传播的。 Skoltech研究小组的科学主任亚历山大 · 科尔孙斯基教授指出,直到最近,还没有一种简单而通用的方法来分析这种材料的微米级变形,从而使我们能够研究和改善其内部结构。

“破坏从哪里开始?人人都知道̇ '绳打细处断' …那么怎么知道在哪儿 '垫上干草',在表面均质的材料内,这些问题区域在哪儿形成?如何事先知道裂纹是怎么产生的?为此,需要学会观察材料变形过程中应力如何分布。”

大学专家们提出的机械测试方法包括观察电子显微镜真空腔内材料的逐步变形,并以微米级分辨率同步成像。

在研究过程中,研究人员将NUST MISIS开发的多孔聚乙烯样品与微型机械测试机一起放入扫描电子显微镜的真空腔内。通过特殊软件获得数百张照片,然后使用数字图像相关法进行处理。

结果是获得了微应变分布的详细图,它反映了材料不同区域应力集中的变化。 Skoltech和NUST MISIS的科学家们发现,材料压缩过程中的变形不是均匀发生的,而是通过形成逐渐扩展并蔓延到材料整体的条带形成的。

NUST MISIS物理化学系副教授阿列克谢· 萨利蒙指出: “借助对聚乙烯的测试,我们学会了在复杂的多孔材料加载过程中建立变形的'实时图'。对这些微变形的分析使我们能够确定样品测试期间以及产品使用期间变形集中的区域。以前,这种狭窄的区域只是理论上的假设。”

据科学家介绍,他们提出的方法具有简单、通用的特点,可以迅速推广到配备了高分辨率数字成像设备的实验室。

所研究的超高分子量聚乙烯多孔材料被广泛应用于医学领域,例如,替代骨和软骨碎片,以及细胞技术中作为细胞基质。科学家认为,获得的数据将改善其应用技术。

未来,Skoltech和NUST MISIS的专家团队打算开发微机械研究方法,以及创建俄罗斯测试设备和软件系列,以研究复杂的分层结构材料。

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