В России разработали суперполимеры для космических кораблей и мебели
Они очень прочные, подходят для 4D-печати, выдерживают радиацию и температуру свыше +500 °С, а еще у них есть память формы. Все это об интеллектуальных фотополимерах, созданных российскими учеными. Расскажем о разработке, которую уже назвали научным прорывом.
Будущее за умными материалами, которые умеют принимать запрограммированную форму. Такую технологию называют четырехмерной печатью. Вместо «чернил» 3D-принтер заправляют специальным полимером и создают из него плоский лист или объемный предмет. Потом форму этого объекта можно менять, регулируя условия окружающей среды: температуру, свет, кислотность (pH) или влажность.
Новый российский полимер работает по температурному принципу. Сначала его нужно нагреть до +295 °С, когда он станет мягким и ему можно придать любой вид. После охлаждения вещество твердеет, сохраняя при этом новую форму, а если его снова нагреть, то первоначальный вид восстанавливается сам.
Во время эксперимента ученые соединили лепестки «цветка», а после нагревания те снова расправились
Изображение: © Bato Ch. Kholkhoev / High-performance shape memory aromatic-aliphatic polybenzimidazole copolymers / ScienceDirect
При этом высокая температура не деформирует фотополимер. Во время эксперимента нагретый до +541 °С (для сравнения, железо плавят при температуре +1539 °С) образец потерял лишь 5 % от своей массы. При этом у вещества высочайшая прочность на разрыв — 115 МПа (у аналогов она не превосходит 75 МПа).
Умные полимеры конкурентоспособны, ведь они легче металлов и сплавов, при этом меньше, чем те, оставляют отходов при производстве. Не исключено, что 4D-печать станет заменой таким традиционным промышленным методам, как литье под давлением, фрезерование и штамповка. С распечатанными из фотополимера плоскими листами уже экспериментируют, заставляя их сворачиваться и превращаться в элемент мебели.
Ученые протестировали металл, из которого можно создать Терминатора
ЧитатьБлагодаря термической и радиационной стойкости таких веществ их можно использовать при строительстве космических аппаратов, к примеру солнечных панелей, деталей радиотелескопов и систем типа «солнечный парус». Полимеры способны работать на околоземной орбите по 10 лет.
Что такое солнечный парус?
Идея о том, что космические суда могут бороздить космос, словно парусники — океан, возникла около ста лет назад. Она принадлежит советскому ученому Фридриху Цандеру — создателю первой отечественной ракеты на жидком топливе. Он предложил использовать для перемещения космических аппаратов давление солнечного излучения (его, кстати, первым в 1900 году подсчитал другой наш соотечественник — физик Пётр Лебедев), а чтобы ловить солнечный свет — применять большой парус, иначе говоря, зеркальную пленку.
Эта идея была впервые реализована на российском грузовом корабле «Прогресс М-15» в 1993 году. Зеркало диаметром 20 метров выполняло роль радиационно-гравитационного стабилизатора. У других стран были похожие проекты, но ни в одном из них солнечный парус не использовался в качестве основного двигателя. Все дело в низкой тяге. Повысить ее можно, лишь значительно увеличив площадь экрана, при этом уменьшив его вес (вот где могут пригодиться новые полимеры).
Космический парус был развернут во время серии экспериментов по работе с космическими зеркалами «Знамя» Фото: «РКК «Энергия»
Тем не менее технология перспективная — летать благодаря ей можно бесконечно (было бы рядом Солнце, иначе тяга упадет), а топливо на борту не нужно. Значит, можно увеличить полезную нагрузку.
О своем успехе ученые Института регенеративной медицины Сеченовского университета и Байкальского института природопользования Сибирского отделения РАН рассказали в профильном журнале Polymer. Научная группа занимается разработкой подобных материалов уже несколько лет, и каждый следующий состав полимеров превосходит по своим свойствам предыдущий.
