В Центре фотоники и двумерных материалов МФТИ создали датчик для измерения ударных волн, который работает в 10 раз быстрее существующих коммерческих аналогов. Эта разработка открывает новые возможности для создания более совершенных гиперзвуковых летательных аппаратов и повышает безопасность промышленных объектов.
Сверхзвуковые ударные волны играют важную роль в разработке аэрокосмических систем и обеспечении безопасности сложных промышленных объектов. Однако экстремальные условия, такие как резкие скачки давления и температуры, часто приводят к выходу из строя датчиков или искажению их показаний.
Ученые МФТИ предложили инновационное решение: они разработали новый композитный материал, который сочетает гибкость полимера с прочностью и термостойкостью керамики. Этот материал основан на поливинилиденфториде (ПВДФ) и керамике MAX-фазы – слоистых материалах, которые, как керамика, выдерживают высокие температуры и, как металлы, проводят электрический ток.
«MAX-фазы представляют собой уникальный класс материалов благодаря своей слоистой структуре, которая сочетает прочность керамики и проводимость металлов. Внедрение соединения титана, алюминия и углерода (Ti₃AlC₂) в полимерную матрицу позволило радикально повысить термическую стабильность и долговечность сенсора, сохраняя его основные свойства», – рассказал Александр Сюй, главный научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ и доктор физико-математических наук.
Интеграция частиц MAX-фазы в полимерную матрицу позволила создать композитную пленку толщиной всего 90 микрометров, которая сохраняет работоспособность при мгновенных расчетных температурах выше 350 °C.
Эксперименты в сверхзвуковой ударной трубе, проводимые при скоростях до 1,77 Маха (что превышает скорость звука), показали впечатляющие результаты. Новый датчик продемонстрировал время отклика всего 33 микросекунды, что почти в 10 раз быстрее, чем у коммерческих аналогов (около 270 микросекунд).
«Разработка сенсора, способного выдерживать повторяющиеся сверхзвуковые удары без потери чувствительности, была сложной задачей из-за резких температурных колебаний. Интеграция MAX-фазы обеспечила необходимую структурную целостность, что позволило создать сенсор, который не только выдерживает экстремальные условия, но и реагирует на них значительно быстрее, чем коммерческие аналоги», – пояснил К. Заман Хан, аспирант МФТИ и первый автор исследования.
Эта разработка имеет большой потенциал для аэрокосмической отрасли, где требуется точный мониторинг аэродинамических нагрузок на гиперзвуковых скоростях. Кроме того, она может быть использована в системах промышленной безопасности в энергетическом и химическом секторах.
Ученые отмечают, что их работа является ярким примером того, как фундаментальные исследования материалов превращаются в конкретные инженерные решения. Уже сейчас интерес к проекту проявляют ведущие аэрокосмические и энергетические компании России, и разработка готова к внедрению для обеспечения безопасности инфраструктуры в экстремальных условиях.
Проект выполнен при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
Источник: elec.ru
распечатать статью
