Исследователи Национального исследовательского ядерного университета МИФИ предложили защищать объекты от ударов или взрывов смесью нанопористого порошкообразного материала и несмачивающей жидкости. Они выяснили, что данная смесь способна буквально за миллисекунды поглощать энергию внешнего импульсного воздействия.
Исследователи изучали свойства смесей в специальных экспериментальных камерах, которые могут служить прототипом реальных устройств, а также на экспериментальных стендах, разработанных в МИФИ.
По мнению ученых, при грамотном выборе материалов и их количества можно контролировать воздействие на объект.
«Важно и то, что жидкость может вытекать из пор материала при уменьшении давления. Разность между давлениями, при которых жидкость затекает в поры и вытекает из них (гистерезис давлений) определяет долю поглощенной такой смесью энергии. Чем больше разность, тем больше доля поглощенной энергии», — отмечает доцент Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ Антон Белогорлов.
Он пояснил, что нагрев таких смесей в процессе заполнения-вытекания жидкости составляет лишь проценты от поглощенной энергии, и устройство практически не нагревается в процессе работы.
Как рассказали в МИФИ, до сегодняшнего дня поглощение импульсных воздействий осуществлялось устройствами двух видов: пружинного и гидравлических систем, которые преобразуют энергию в тепло за счет перетекания жидкости через тонкие каналы, но не дают возможность многократного использования.
Комбинация пружинного и гидравлического принципов используется в автомобильных амортизаторах. Основными недостатками классических систем являются перегрев и увеличение силы, действующей на защищаемый объект, при увеличении мощности воздействия. Кроме того, схемы поглощения энергии удара реализуются за счет необратимой деформации материала, как в случае с ячеистыми структурами в бамперах.
Однако предложенная МИФИ смесь позволяет совместить высокую удельную энергоемкость (до 20 Дж на грамм материала), фиксированную величину усилия на защищаемый объект, многократность использования и низкое тепловыделение.
Сейчас ученые работают над созданием и исследованием новых материалов для смесей.
Исследования проводились в рамках проекта «Коллективные динамические явления в нанофлюидных системах нанопористой среды». Ученые опубликовали результаты своей работы в журнале Journal of Colloid and Interface Science.
