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¿Cómo controlar los materiales compuestos? Hay que entender cómo se destruyen

© Foto : Pixabay/ErAngerUn científico (imagen referencial)
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Un equipo conjunto de científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo y la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia MISIS (NUST MISIS) crearon un método universal para llevar a cabo ensayos mecánicos de los materiales compuestos que permitirá gestionar mejor su estado.

Según los autores, este método ayudará a descubrir dónde se centra la deformación a nivel de micrones para entender dónde pueden aparecer grietas y proponer las soluciones para prevenir la destrucción del material. Los resultados de la investigación están publicados en la revista científica Polymers (Basilea).

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Para controlar el estado de las rocas petrolíferas, materiales compuestos para la aviación, aleaciones resistentes a calor para motores y otros materiales con la estructura jerárquica, es necesario entender los procesos de su deformación. Hasta hace poco, no había un método simple y universal para analizar deformaciones de tales materiales a nivel de micrones que permitiese estudiar y mejorar su estructura interna, señala el jefe científico del equipo del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo, profesor titular Alexandr Korsunski.

"¿Con qué se inicia la destrucción? Todos saben que siempre se rompe la cuerda por lo más fino. ¿Cómo podemos saber dónde hay que reforzar los objetos? ¿Dónde se forman estas partes problemáticas dentro de un material homogéneo al parecer? ¿Cómo podemos saber de antemano por qué se forman las grietas? Para esto es necesario entender cómo se distribuye la tensión en un material a medida de su deformación", destaca el científico.

El método de ensayos mecánicos propuesto por los expertos de las universidades prevé observar paso a paso la deformación de un material dentro de la cámara de un microscopio electrónico y realizar una grabación simultánea con la resolución a nivel de partes de un micrón.

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En el proceso de investigación los científicos colocaron las muestras de polietileno poroso diseñado en la NUST MISIS en una cámara de vacío de un microscopio electrónico de escáner junto con una máquina minúscula para ensayos mecánicos. Centenas de fotografías obtenidas con la ayuda de un software especial se procesaron posteriormente por un método de correlación de imágenes digitales.

Como resultado, se obtuvieron mapas detallados de distribución de microdeformaciones que describen los cambios de la concentración de tensiones en áreas diversas del material. Los científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo y de la NUST MISIS descubrieron que los materiales no se deforman por presión en forma equilibrada sino se forman franjas que se alargan paulatinamente y se distribuyen por todo el material.

"Con la ayuda de los ensayos llevados a cabo en el polietileno aprendimos construir mapas 'vivos' de deformaciones dentro del material compuesto poroso a medida del aumento de la presión. El análisis de estas microdeformaciones permitió descubrir las zonas en que las deformaciones se centran en el proceso de ensayo del patrón, es decir, lo mismo se produce durante el funcionamiento del producto. Hasta ahora, hubo solo un concepto teórico sobre tales zonas estrechas", destaca el empleado del Departamento de Química Física de la NUST MISIS, Alexéi Salimón.

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Según los científicos, el método propuesto es simple y universal y podrán usarse dentro de poco tiempo por los laboratorios dotados con los equipos que dan imágenes digitales con una resolución suficiente.

El polietileno poroso macromolecular investigado se usa ampliamente en la medicina, por ejemplo, para sustituir fragmentos de huesos y cartílagos, así como en las tecnologías celulares como un sustrato de células. Según los científicos, los datos obtenidos permitirán mejorar la tecnología de su uso.

En el futuro, el equipo de expertos del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo y de la NUST MISIS planean trabajar en el desarrollo de los métodos de investigación micromecánicos, la creación de equipos de ensayo y el software de fabricación rusa para estudiar los materiales complicados con una estructura jerárquica.

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