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.
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.
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.
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.
Комментариев нет:
Отправить комментарий