Новый прибор измерит деформации космических материалов в вакууме

Измерительная ячейка для исследования свойств материалов. ФИЦ КНЦ СО РАН Измерительная ячейка для исследования свойств материалов. ФИЦ КНЦ СО РАН

Российские ученые разработали прибор, который позволит исследовать свойства материалов при температурах, близких к абсолютному нулю. С помощью нового метода ученые исследуют углепластики, клеящие материалы и металлические изделия, которые используются для создания внеземных аппаратов, в частности космической обсерватории «Миллиметрон». Результаты исследований опубликованы в журнале Technical Physics Letters.

Проектируя космические аппараты, особо высокие требования разработчики предъявляют к устойчивости материалов. Они должны точно знать, как поведет себя изделие при разных внешних условиях. Красноярские физики разработали и запатентовали уникальную измерительную ячейку – дилатометр, которая позволяет очень точно измерять сверхмалые деформации твердых образцов в диапазоне температур от —270°С до +80°С. Дилатометр позволяет воздействовать на линейный размер изделия не только температурой, но и прикладывать к нему магнитное и электрическое поля. Возможна и обратная задача – анализ того, как механические напряжения влияют на магнитные свойства материала.

«Главным преимуществом разработанной ячейки является возможность проводить исследования деформации образца, вызванной магнитострикцией и пьезоэффектом, одновременно прикладывая магнитное и электрическое поля. Кроме этого, существует возможность проводить измерения в условиях вакуума при гелиевых (сверхнизких) температурах, что приближенно к космическим условиям», — пояснил один из разработчиков, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Александр Фрейдман.

Измерения выполняются с использованием емкостного конденсатора, у которого есть две плоские обкладки. Одна из обкладок — неподвижная, а другая подвешена на специальной мембране и может смещаться. Исследуемый материал помещается в ячейку, где подвижная обкладка емкостного датчика соприкасается с образцом. Подвергаясь внешнему воздействию, образец изменяет свои размеры, что приводит к смещению подвижной обкладки конденсатора. Емкость конденсатора зависит от расстояния между обкладками, его электрическая емкость изменяется. Полученный сигнал пересчитывается в коэффициент линейного расширения необходимый для построения различных математических моделей с использованием экспериментальных данных.

d0721bba2abf892a740d782b83f1a9105f940a66.jpgИзмерительная ячейка для исследования свойств материалов. ФИЦ КНЦ СО РАН

Ученые планируют усовершенствовать дилатометр.

«Сейчас ячейка показывает только продольные изменения размера, то есть внешнее поле можно приложить только в одном направлении. Стоит задача доработать ячейку так, чтобы появилась возможность прикладывать поле вдоль другой оси, чтобы увидеть полную картину происходящего с образцом. В результате мы перейдем от плоского к объемному представлению о поведении изделия», — заключил Александр Фрейдман.

Созданный в рамках космического проекта прибор может найти применение и в наземных исследованиях. С его помощью можно изучать мультиферроики – материалы, которые изменяют свои свойства под действием магнитного и электрического полей. Взаимодействие между магнитной подсистемой и электрическими свойствами открывает широкие возможности для применения мультиферроиков, как функционального материала, например, для высочувствительных датчиков переменного магнитного поля и СВЧ-устройств, таких как фильтров и генераторов.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

indicator.ru