Russian / Francais / English
Первый русский гид по университетам Швейцарии
 

Публикации в швейцарской прессе

FNS Horizons

«Smart composites»: интеллектуальные материалы

Эти новые композитные материалы способны возрождаться. Они дают показания о своем состоянии, сами исправляют мелкие повреждения и помнят исходную форму.

 

Вероника Мишо (Veronique Michaud) (в середине) разработала со своей группой материалы, способные «определять свои повреждения» и «самоисправляться»
Вероника Мишо
(в середине)
разработала со своей группой материалы, способные «определять свои повреждения» и «самоисправляться»

Читайте также:

Регенерация поврежденной ткани повсеместно присутствует в природе. Мы все знаем резкий сигнал боли, который нам отчётливо сообщает, когда какая-то группа клеток нашего тела понесла ущерб. Мы сразу же получаем относительно точную информацию о месте повреждения и степени его серьезности.

Организм начинает быстро и целенаправленно восстанавливать орган, получивший ранение. И что еще более интересно: в случае перелома нервная система посылает нам сигналы о процессе восстановления. И лишь когда кость снова становится прочной, ощущение боли проходит.

Копировать природу

Наука о материалах во всем мире в течение почти десяти лет пытается придать конструкционным материалам способность биологических тканей самодиагностироваться и самовосстанавливаться. Особенно многообещающи композитные материалы. Это материалы подобно предварительно построенной арматуре, содержащей углеродные волокна и эпоксидную смолу. Они состоят из последовательных слоев или смеси частиц, волокон и полимеров. Если в этот конгломерат добавляются датчики, вроде нервов, и действующие элементы, вроде мускулов, то в этом случае говорят о «интеллектуальных композитах» («smart composites»). Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны (Ecole polytechnique federale de Lausanne, EPFL) принимают активное участие в разработке этих новых материалов. Под руководством Вероники Мишо (Veronique Michaud) исследовательская группа Лаборатории технологии композитов и полимеров (Laboratoire de technologie des composites et polymeres) создает новые композитные материалы, используя смеси, запоминающие форму (alliages a memoire de forme, AMF), оптические волокна и микрокапсулы полимера. Из цель – получить перестраивающиеся материалы, способные предоставлять информацию о своем состоянии, а также самостоятельно восстанавливаться после перегрузок.

Успех с яхтой Alinghi

Исследовательская работа сложна. Вместо нервных волокон «интеллектуальные композиты» снабжены нитями стекловолокна - тонкими как волосы оптическими волокнами. «Единственный из этих волосков вставлен параллельно группе волокон в смеси AMF в каждом слое нового материала», - поясняет Вероника Мишо. Это тонкий процесс, который может производиться в промышленных масштабах через несколько лет, сейчас в большей мере это делается вручную.

В то время как стекловолокна служат исключительно для обнаружения деформаций в материале, то волокна в смеси AMF выполняют две функции. Когда «интеллектуальный композит» испытывает перегрузку и ломается, вплетенные псевдопластичные металлические волокна позволяют избежать его ослабление. И если по этим волокнам пропустить электрический ток для их нагревания, то происходит эффект вспоминания формы, и волокна снова приобретают свою первоначальную длину.

Итак, оптические волокна передают информацию о пункте, где «интеллектуальный композит» был перегружен, или о месте, где произошло его разрушение. Эти световоды оборудованы с равными интервалами так называемыми решетками Брага (reseaux de Bragg), которые отражают характерную длину волн светового спектра. «Если стекловолокно деформируется, то эта длина волн изменяется. Это может быть измерено очень точно», - отмечает исследовательница.

Яхта Alinghi. Швейцарская команда Alinghi – двухкратный обладатель кубка Америки (America’s Cup) - в 2003 (Окленд, Новая Зеландия) и в 2007 году (Валенсия, Испания).
Яхта Alinghi.
Швейцарская команда Alinghi – двухкратный обладатель кубка Америки (America’s Cup)
- в 2003 (Окленд, Новая Зеландия) и в 2007 году (Валенсия, Испания).

Кроме того, лозаннские ученые недавно уже продемонстрировали, в сотрудничестве с Лабораторией прикладной оптики (Laboratoire d'optique appliquee) профессора Рене Салатэ (Rene Salathe), что включение оптических волокон в качестве датчиков в конструкционные материалы имеет значительный потенциал. За «состоянием здоровья» основных частей яхты Alinghi можно было с успехом наблюдать благодаря «интеллектуальным композитам».

Самоисправление

Лозаннская группа хотела бы ещё более приблизиться к биологической реальности с «интеллектуальными композитами», способными самостоятельно исправляться - ремонтироваться и восстанавливаться. В процессе работы над своей докторской диссертацией Ева Киркби (Eva Kirkby), в сотрудничестве с группой профессора Скотта Вайта (Scott White) из Иллинойского университета (Universite de l'Illinois), включает в эти материалы маленькие капли полимера. Обернутый защитной плёнкой, вязкий полимер остается жидким до тех пор, пока не вступает в контакт с химическим активатором.

Новые композитные материалы изготовлены из эпоксидной смолы
и снабжены волокнами упрочняющего наполнителя – волокнами смеси, запоминающей форму (alliages a memoire de forme, AMF), и оптическими волокнами Микрокапсулы из жидкого полимера снова склеивюат поврежденные места
Эти новые композитные материалы изготовлены из эпоксидной смолы
и снабжены волокнами упрочняющего наполнителя
– волокнами смеси, запоминающей форму (alliages a memoire de forme, AMF),
и оптическими волокнами (вверху слева).
Микрокапсулы из жидкого полимера снова склеивюат поврежденные места (вверху справа)

«Активатор, конечно, является элементом композитного материала», - уточняет Вероника Мишо. Когда «интеллектуальные композиты» повреждены, бесчисленные капельки полимера разрываются, и жидкий полимер заполняет каждую трещину излома, где он вступает в контакт с активатором и медленно твердеет. Параллельно, оптические волокна, включенные в материал, позволяют быстро локализовать дефект, для того, чтобы направленный ток мог быть подведен волокнами в смесь AME. В то время металлические волокна стягиваются, чтобы вернуть поврежденные фрагменты в их начальное положение. Таким образом, «интеллектуальные композиты» способны к самоисправлению.

Применение в космической технике

По мнению ученой, интеллектуальные композиты, которые сами исправляются, найдут применение везде, где ремонт важных элементов едва возможен и даже невозможен. Первая область применения - это космическая техника, так же, как судостроение или аэронавтика. Возможное применение этих интеллектуальных материалов в массовых товарах, таких как лыжи или роликовые коньки, напротив, ограничено стоимостью производства.

Лозаннский проект не только стремится доказать, что самоисправляющиеся композиты могут быть произведены с датчиками и смесями, запоминающими форму. Он также дает доказательство, что этот экзотический материал с псевдобиологическими свойствами не станет лишь лабораторной диковинкой. «Мы специализируемся в разработке новых технологических процессов», - сообщает Вероника Мишо. Цель ее группы - разработать процесс производства, который способен быть подхваченным промышленностью и использован в широком масштабе.

Патрик Рот (Patrick Roth)
Фото Алэн Херцог (Alain Herzog), Ева Киркби (Eva Kirkby)

© FNS Horizons №72, Mars 2007, p. 21-22
© http://www.snf.ch/
© uni-CH.RU, перевод с французского, 2007

Ссылки по теме:
  • Федеральная политехническая школы Лозанны (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne - EPFL) - одна из ведущих европейских организаций в области науки и технологий. В состав EPFL входят исследовательские центры и лаборатории, расположенные на площади 500 000 кв.м., 4900 студентов, проходящих подготовку по программе бакалавров и магистров, 1400 соискателей кандидатской степени PhD, а также 2200 штатных сотрудников и преподавателей. В университетском кампусе EPFL живут представители около 100 национальностей, а около 50% ее преподавательского состава имеют иностранное происхождение (преимущественно из стран Европы и Америки). Журнал “The Times” прославил EPFL как самый интернациональный университет в мире.
    По-русски - http://www.uni-ch.ru/epfl/index_epfl.htm, по-французски и по-английски - http://www.epfl.ch
  • Лаборатории технологии композитов и полимеров (Laboratoire de technologie des composites et polymeres, LTC)
    Laboratory of Composites and Polymer Technology, Prof. Jan-Anders Manson
    The overall research objective of the laboratory is to create the scientific base on which the next generation of materials and processes for the fast-growing field of polymers and composites will be established. Undergraduate and graduate teaching covers the fundamentals of polymers and composites as well as the principles underlying their processing and application. Industrial relevance is ensured by a variety of invited lecturers, industrial visits, and collaborative projects.
    http://ltc.epfl.ch/
  • Smart Composites for Marine Applications
    By embedding fibre optic sensors into polymer matrix composites, users are able to receive feedback on the performance of the components such as masts.
    http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1868
  • Alliage a memoire de forme - Wikipedia
    Les alliages a memoire de forme (AMF) sont des alliages possedant plusieurs proprietes inedites parmi les materiaux metalliques : la capacite de "garder en ...
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Alliage_%C3%A0_m%C3%A9moire_de_forme
  • EPFL-Alinghi Scientific Partnership
    In Switzerland, team Alinghi works in close collaboration with the laboratories of Scientific Advisor EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), applying ...
    EPFL collaborated with Alinghi in the period leading up to the 2003 America's Cup victory, and this collaboration generated a strong relationship between the Alinghi Design Team and EPFL researchers. The number of research topics has been increased for the 2007 campaign, leading to a massive effort in terms of scientific research and strategic implementation of new technologies. Currently, more than 50 professors, scientists, and students from 7 EPFL laboratories are directly involved in research or testing projects.
    http://alinghi.epfl.ch/
  • Alinghi
    Alinghi won the 32nd America’s Cup 5-2 against old rivals Emirates Team New Zealand in Valencia on the 3 July 2007 after one of the most thrilling match races of all times. The final and deciding match was won by just 1 second! This puts Switzerland and Alinghi in the history books, along with the USA and New Zealand, as a multiple America’s Cup winner.
    Alinghi’s vision for the 33rd America’s Cup is “to create an even greater sporting occasion with an exciting new class of boats and to build upon the successes of the 32nd edition.”
    The Swiss team, created in 2000, won the 31st America’s Cup in Auckland for the first time in a staggering 5-0 victory against Team New Zealand on the 2 March 2003. The Cup was returned to Europe for the first time since the inaugural race in 1851.
    http://www.alinghi.com/en/
  • Лаборатория прикладной оптики (Laboratoire d'optique appliquee)
    Le Laboratoire d’Optique Appliquee est actif dans la recherche en nano-structuration et micro-usinage par laser, micro-vision et -diagnostic par holographie digitale, dans les capteurs de fibres optiques et leurs applications dans les materiaux composites ("smart materials"), et dans le piegeage laser de cellules et vesicules vivantes dans des circuits micro-fluidiques.
    http://apl.epfl.ch/
  • Скотт Вайт (Scott White) из Иллинойского университета (Universite de l'Illinois)
    ... les travaux des chimistes de l'Universite de l'Illinois a Urbana-Champaign. ... Nancy Sottos (professor of materials science), Scott White (professor of ...
    http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/news/t/chimie-1/d/chimie-un-pas-de-plus-vers-les-materiaux-auto-reparateurs_10584/
  • L'article de Nature
    Biasing reaction pathways with mechanical force
    Charles R. Hickenboth1, Jeffrey S.Moore1,2,3, Scott R. White3,4, Nancy R. Sottos2,3, Jerome Baudry1&Scott R. Wilson1 http://www.autonomic.uiuc.edu/files/publications_papers/2007_Hickenboth.pdf



© uni-CH.RU 1999-2008 | info@uni-ch.ru | 18.01.2008

  ???????@Mail.ru   Rambler's Top100