Большая команда специалистов проводила исследования (они завершились в этом году) в рамках государственной программы Imateh. Всего было шесть проектов, каждый – в своем направлении, пояснил профессор:
«Наш проект был пятым, а наша задача была – разработать методы ранней диагностики разрушений. Когда идет разрушение материала – это негативно отражается на конструкциях, в которых он используется. Разрушение всегда начинается на атомно-молекулярном уровне. Атомные связи, связи между молекулами начинают разрушаться. И часто это может оказаться опасным.
Например, если мы представим: на земле идет разрушение материалов, по каким-то причинам рвутся молекулярные связи – и туда попадает молекула воды или несколько молекул, потом вся эта конструкция (допустим, самолет) взлетает наверх, на 10 км над поверхностью земли, и там температура поверхности до минус 50 за бортом – эта вода, естественно, замерзает, и образуется лед. И вот эти
нанодефекты, которые на земле вроде бы опасности не представляли, там наверху станут опасными. Появляются микротрещины, которые уже можно выявлять микродиагностикой. Но предвестниками являются нанотрещины.
Вот мы и пытались придумать методику, с помощью которой такие дефекты можно выявить. Идея методики очень проста, ее можно объяснить даже для тех, у кого не было физики в школе. Все знают, что все вещества состоят из атомов, атомы объединяются в молекулы, и всё держится потому, что имеются связи – между атомами, молекулярные связи. Если эти связи разрушаются, выделяются электроны. Связи ведь обеспечивают именно они. Если электроны освобождаются, и удастся зарегистрировать такой электрон – это станет сигналом, что связь разрушилась».
По словам Дехтяря, всё, что оставалось ученым – придумать, как проводить нагрузку материалов и одновременные замеры движения электронов, предвестников микро- и макроразрушений. Была разработана методика, позволяющая фиксировать ранее появление нанотрещин. Для прикладной механики существенно, что задолго до начала разрушения материала можно по выходу электронов понять: разрушение не за горами.
«Эту часть разработала команда нашего института, и дальше мы делали тесты – где это вообще можно использовать, - продолжил профессор. – Один из примеров – авиация. Другая возможность – это создание новых композитных материалов. Например, сейчас очень модно и прогрессивно заниматься наноструктурируемыми композитами. Где же и использовать, как не там, знания о появлении нанотрещин!
И мы даже создали необычный материал (чтобы нам было сложнее работать!), испытали его и обнаружили, что – да, появляются нанотрещины, и теперь мы знаем, когда они появляются и что с этим материалом можно делать».
Еще пример практического применения – это водопроводы. В них сейчас используются полимерные, пластмассовые трубы, ими заменяют металлические.
«Они, естественно, находятся под нагрузкой. Во-первых, играют грунты, то есть они перемещаются. Во-вторых, температурные перепады. И так далее. А что происходит с самим материалом – не появляются ли в нем нанотрещины? Ну казалось бы: труба закопана в землю, она не на высоте, где летают самолеты.
Но может статься, и такая нанотрещина будет неприятной для человека. Ее появление может привести к тому, что из материала будут выделяться кусочки полимерных молекул или сами молекулы. Значит, нужно было проверить это. Второе –
с этими нанотрещинами могут начать взаимодействовать микроорганизмы, которые в воде находятся. И в конечном итоге всё это влияет на качество питьевой воды.
Нужно было проверить, работает ли эта методика, которая позволяет отследить появление таких трещинок, на взаимодействие с микроорганизмами, на выделение молекул полимеров. Эту работу проведала лаборатория нашего университета, которая занимается исследованиями условий доставки питьевой воды. Эту лабораторию ведет наш профессор Талис Юхна. И там
коллеги обнаружили, что, во-первых, со стенок таких полимерных материалов в воду выделяются остатки полимерных молекул. Во-вторых, оказалось, что микроорганизмы сами влияют на процесс разрушения.
И следующий уровень нашего познания о выявлении разрушений был отработан в сотрудничестве с учеными Латвийского университета, исследователями из Института механики материалов. Коллеги предложили визуализировать некие потенциальные повреждения, которые способны возникнуть на конструкциях в результате, например, удара. Идея тоже очень простая! Они придумали краску из двух видов микрокапсул.
Один вид капсул содержит краску, сама она прозрачна, абсолютно невидима. В других капсулах - проявитель этой краски, тоже прозрачный. Но когда проявитель и краска смешиваются, появляется синий цвет.
Если есть удар – микрокапсулы разрушаются, появляется пятно. Это очень видно на тестовых испытаниях. Методика действительно работает. Они применима в строительстве, авиации...»
В медицине же может быть использовано такое свойство, как способность организма распознавать электрический заряд на поверхности имплантов, отметил ученый. Биоимпланты должны в теле пациента приживаться. Во-первых, требуется, чтобы организм их не отторг, а во-вторых – чтобы «пришли» нужные клетки, и вокруг наросла необходимая ткань.
«Если это костный имплант – то чтобы наросла кость. И вот
выяснилось, что клетки костной ткани очень чувствительны к электрическому заряду на поверхности импланта. Если заряд негативный – эти клетки более интенсивно туда приходят, делятся, множатся, растут.
Вот это заряд, оказалось, зависит от того, какие дефекты находятся в тоненьком поверхностном слое – примерно нанотолщины! И вот те нанотрещины, о которых я говорил, тоже несут электрический заряд и, следовательно, тоже способны повлиять на поведение клеток», - рассказал Дехтярь.
Теперь ученые РТУ ведут переговоры с исследователями и бизнесменами о том, где их наработки могут быть практически использованы. По словам профессора – радует, что к ним есть интерес.
