Тенденции цифрового материаловедения в 2023 году
рубрика: отрасль
Самовосстанавливающиеся, суперконструкционные материалы и их цифровые двойники станут главными направлениями в работе ученых в отрасли новых материалов.
Для многих в следующем году станет реальностью мечта, когда экран мобильного телефона не будет трескаться при падении, а парковка «до характерного звука» не приведет к поездке в автосервис или составлению европротокола. Речь сейчас о материалах, которые способны самовосстанавливаться.
Ученые и инженеры Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана создают из термопластичного полимера самовосстанавливающуюся защитную пленку, способную «заживлять» царапины и трещины при нагревании.
Данная разработка обеспечит долговременную защиту, способную практически самостоятельно восстанавливаться, для автомобильных бамперов, экранов смартфонов и даже корпусов космических спутников. «Залечивать» дефекты в виде трещин получается за счет термоциклирования. Например, для «залечивания» царапин на экране смартфона достаточно кратковременного нагрева до 60 градусов с помощью бытового фена. Преимуществом разработки Центра НТИ МГТУ над представленной на рынке продукцией является способность данных покрытий восстанавливать не только свою видимую целостность, но и механические свойства. По результатам испытаний максимальный уровень восстановления термопластичной пленки составил до 95–97%.
Второй тренд — цифровые паспорта материалов. Их создание позволит ускорить производство изделий из новых материалов, заранее предугадывать их будущие свойства. Специалисты Центра НТИ МГТУ им. Баумана разрабатывают систему, прогнозирующую свойства конечного полимерного композиционного материала. Система также будет указывать, из каких компонентов следует изготовить материал, если нужны конкретные свойства изделия. Эта полностью российская база данных о свойствах полимерных материалов и компонентов «Цифровой киберполигон» позволит максимально оцифровать отрасль материаловедения и не только создавать цифровые двойники материалов, но и проводить их испытания, осуществлять вывод на рынок новых изделий, существенно экономя финансовые и временные затраты на реальные эксперименты.
Как отмечают разработчики «Цифрового киберполигона», можно будет моделировать полный жизненный цикл от составляющих компонентов материала до технологий переработки уже готового изделия. Такой функционал работает благодаря алгоритму на основе искусственного интеллекта, который отбирает информацию о свойствах материалов, их компонентах, собирает статистику, проводит большое количество виртуальных экспериментов и предлагает оптимальный вариант.
Завершает ТОП-3 материалов — суперконструкционные (углеродонаполненные материалы на основе новых связующих ПЭЭК, ПЭКК, полиимидные и др.) термопласты. Сейчас развиваются направления синтеза этих материалов, переработки их в полупродукты, проектирования и создания технологий производства изделий из них с целью импортозамещения.
Суперконструкционные материалы значительно легче, чем традиционные конструкционные материалы алюминий, сталь. Для авиационной промышленности внедрение таких материалов позволит снизить стоимость готовых изделий за счет сокращения количества компонентов, увеличить межсервисный интервал обслуживания, снизить выбросы углекислого газа.
Специалисты ЦК НТИ МГТУ также отметили, что огнестойкость, морозостойкость, радиационная стойкость, низкое дымовыделение и токсичность позволят эффективно реализовывать данный класс материалов в автомобильной и судостроительной, нефтедобывающей и атомной промышленности, ОПК и медицине.
