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In Russia analizzato meccanismo di distruzione di materiali complessi

© Foto : MINPROMTORGDi Maio in missione a Mosca - Visita a Skolkovo
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Una tecnica universale per i test meccanici di materiali complessi, che aiuterà a gestire meglio le loro condizioni, è stata messa a punto da un team di ricercatori dell'Istituto di Scienza e Tecnologia di Skolkovo e dell'Università nazionale di Ricerche Tecnologiche (MISiS).

Secondo gli autori dello studio, il loro metodo aiuterà a identificare i punti di concentrazione della deformazione a livello di micron e quindi a scoprire in anticipo dove si originano le crepe e proporre soluzioni su come prevenire la distruzione del materiale. I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista scientifica Polymers.

Per controllare le condizioni di rocce oleose, compositi per l'aviazione, leghe resistenti al calore per motori ed altri materiali con una struttura gerarchica, occorre capire come si propaga la deformazione. Fino a poco tempo, non esisteva un metodo semplice e universale per analizzare le deformazioni di tali materiali a livello di micron che avrebbe consentito di studiare e migliorare la loro struttura interna, ha osservato il capo del team scientifico dell'Istituto di Scienza e Tecnologia di Skolkovo, il professor Alexander Korsunsky.

"Dove inizia la distruzione? Lo sanno tutti: 'si rompe dove è sottile'... Allora come fare a scongiurare una rottura? Dove si formano queste aree problematiche all'interno di un materiale apparentemente omogeneo? Serve imparare a vedere come le sollecitazioni sono distribuite nel materiale quando il materiale si deforma".

La tecnica del collaudo meccanico, proposta da specialisti universitari, prevede l'osservazione della deformazione graduale del materiale mediante il microscopio elettronico e la ripresa sincrona con una risoluzione a livello di frazioni di micron.

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Durante lo studio, i ricercatori hanno posizionato campioni di polietilene poroso sviluppati nella camera a vuoto di un microscopio elettronico a scansione insieme a una macchina di prova meccanica in miniatura. Centinaia di fotografie ottenute utilizzando un software speciale sono state quindi elaborate utilizzando il metodo di correlazione dell'immagine digitale.

Alla fine sono state ottenute mappe dettagliate della distribuzione delle microstrutture, che descrivono la variazione della concentrazione di stress meccanici in varie aree del materiale. Gli scienziati dell'Istituto di Scienza e Tecnologia di Skolkovo e dell'Università nazionale di Ricerche Tecnologiche (MISiS) hanno scoperto che la deformazione durante la compressione dei materiali non avviene in modo uniforme, ma attraverso la formazione di strisce che si allungano gradualmente e catturano l'intero volume del materiale.

"Mediante i test sul polietilene, abbiamo imparato a costruire 'mappe live' delle deformazioni all'interno di un materiale poroso complesso mentre viene caricato. Teoricamente", ha detto Alexey Salimon, professore associato del Dipartimento di Chimica Fisica dell'Università nazionale di Ricerche Tecnologiche (MISiS).

La tecnica proposta dai ricercatori, secondo loro, è semplice, versatile e può essere rapidamente diffusa in laboratori dotati di dispositivi che forniscono immagini digitali con una risoluzione sufficiente.

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Il polietilene poroso ad altissimo peso molecolare studiato è ampiamente utilizzato in medicina, ad esempio, per sostituire frammenti di ossa e cartilagine, nonché nelle tecnologie cellulari come substrati per le cellule. I dati ottenuti, ritengono gli scienziati, miglioreranno la tecnologia del suo impiego.

In futuro il team di ricercatori dell'Istituto di Scienza e Tecnologia di Skolkovo e dell'Università nazionale di Ricerche Tecnologiche intende lavorare allo sviluppo di metodi di ricerca micromeccanica e alla creazione di una linea russa di apparecchiature di test e software per lo studio di materiali complessi e strutturati gerarchicamente.

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