Итальянская компания Bercella (
www.bercella.it), специалист в области композиционных материалов, разрабатывает новый материал. В поисках ученого в области материаловедения с большим опытом исследований компания Bercella остановилась на кандидатуре д-ра Лауры Марчини, которая предложила создать инновационный продукт совместно с Итальянским институтом материалов для электроники и магнетизма (Institute of Materials for Electronics and Magnetism, IMEM), где она работала ранее. Инновационную разработку она назвала «живым материалом», поскольку этот материал является динамичным, т.е. может менять свойства при изменении внешних условий. Права на запатентованное изобретение принадлежат фирме Bercella.
…«Идея состояла в разработке датчика (сенсора) минимального размера, который бы не оказывал влияния на компоненты из композиционных материалов, в которые бы он помещался, – продолжила Марчини. – Проблема использования внутренних датчиков состоит в том, что часто они влияют на эксплуатационные характеристики изделий. Более тщательно я исследовала материалы на основе углеродных волокон». На свойствах компонентов негативно сказываются размеры или масса датчика, который может быть слишком тяжелым. При получении датчиков на основе углеродных волокон негативное влияние минимизируется. Такие датчики по свойствам не отличаются от основного материала, т.е. также реагируют на температуру и нагрузку.
Первоначально Марчини использовала простые углеродные волокна, а затем модифицировала их наноструктурами, что позволило придать материалу пьезоэлектрические свойства (под действием механической нагрузки в материале датчика возникал электрический заряд). Многие исследователи используют нанотрубки, однако в компании предпочтение отдается наноструктурам, поскольку они имеют меньшую стоимость, и при их использовании не требуется создавать сверхвысокого вакуума.
«Такие датчики могут регистрировать все, что происходит в компоненте, например, в фюзеляже или в шасси автомобиля. Температура, давление и напряжения – далеко не полный перечень изменяющихся параметров, которые можно измерить датчиками. Это облегчает прогнозирование возможности разрушения конструкций за счет постоянного контроля за состоянием компонента. Если в структуре возникают большие напряжения, то ее можно заменить еще до того, как произойдет разрушение».
«Это можно делать, не вводя в компоненты инородных объектов (например, оптических волокон, широко используемых в настоящее время) и не увеличивая массу детали», – добавил Массимо Берцелла. Технически в патенте компании описывается пьезоэлектрическое устройство на основе оксида цинка, которое может использоваться и в качестве датчика (для контроля за структурой), и в качестве исполнительного механизма (для изменения формы или морфологии объекта). Основу такого пьезоэлектрического устройства составляют как минимум две переплетенные нити на основе углеродных волокон. В месте пересечения нитей размещается слой оксида цинка в виде наноструктуры, который соединяется с компьютером.
Пьезоэлектрическое устройство можно широко использовать в различных отраслях, начиная от автомобилестроения и заканчивая авиа- и ракетостроением (не говоря уже о потребителях, которые разрабатывают более безопасную продукцию из инновационных материалов). В патенте компании заявляется: «В сфере авиастроения датчик может использоваться в качестве датчика напряжений, внедренного в первичные структуры самолета, например, лонжероны, нервюры и обшивку. Пьезоэлектрическое устройство может также использоваться в качестве исполнительного механизма, обеспечивающего изменение морфологии подвижных компонентов самолета, в частности геометрии крыла. За счет этого можно корректировать аэродинамические силы, действующие на лайнер, и улучшать его управляемость.
…«Мне кажется, что новый материал будет признан высокотехнологичным, – заявил Массимо Берцелла. – Сначала материал (как и все подобные материалы) будет использован в военной и ракетной промышленности, затем – в авиации и производстве спортивных автомобилей, а после этого – в автомобилестроении. В автомобилестроении композиты используются очень активно, и через 3–5 лет компания сможет выйти со своим продуктом на этот огромный рынок».
Источник: LineShapeSpace
