44.8 Исследование микроструктуры и физико-химических свойств современных материалов (полимеров, композитов, биокомпозитов, наноматериалов) методами акустической и зондовой микроскопии высокого разрешения. фундаментальные и прикладные проблемы микрокустических методов и средств неразрушающего контроля исследования материалов

Целью работ в 2021 г. являлось использование методов ультразвукового видения высокого разрешения для решения актуальных проблем современной науки и технологий. Выполненные исследования включали как работы по исследованию микроструктуры в объектах со сложной пространственной организацией, так и результаты, полученные при использовании таких методов для визуализации и изучения процессов, происходящих в таких объектах, без нарушения их целостности. Представлены результаты исследования эволюции пространственной структуры армированных углепластиков в процессе их изгиба. Динамика структурных нарушений, индуцированных в объеме возрастающими изгибными нагрузками, исследована совместно методами импульсной акустической микроскопии и акустической эмиссии. Акустическая микроскопия использовалась для визуализации микроструктурных нарушений, регистрируемых акустической эмиссией. Изучались возможности акустической микроскопии для наблюдения в реальном масштабе времени зарождения и развития микроструктурных нарушений в объеме углепластика под действием растягивающих нагрузок. Визуализация объемной структуры выполнялась на нагруженном образце с использованием акустического микроскопа, сочетанного с горизонтальной испытательной минимашиной на растяжение. Показано, что начальная стадия необратимого деформирования углепластика обусловлена образованием протяженных трещин вдоль направления волокон в слоях с поперечной ориентацией, из-за отрыва полимерного связующего от индивидуальных волокон. Выполнены работы по оценки возможностей импульсной акустической микроскопии для выявления дефектов, вносимых инструментом при механической обработке углепластиковых материалов. Показана эффективность метода для дефектоскопии микроповреждений в деталях углепластиковых конструкций. Методы импульсной акустической микроскопии были использованы для наблюдения процессов, идущих в биополимерных матриксах различной природы. Исследовалась динамика набухания коллагеновых мембран в различных средах, изучались результаты процесса биоминерализации хитозанового матрикса. Методики акустической микроскопии использовались для визуализации микроструктуры минерализованного матрикса и оценки потенциальных возможностей его заселения клетками. Изучался процесс in vivo биодеградации гидрогелевых матриксов после их имплантации в живой организм в результате миграции клеток в объем импланта. Методами акустической микроскопии изучалась механика растяжения нетканных волокнистых каркасов, широко используемых в тканевой инженерии. Из-за использования вод ы в качестве иммерсии метод позволил оценить механические свойства матриксов в условиях, приближенных к нативным. Была выявлена существенная разница в деформируемости и прочности таких каркасов в зависимости от характера и плотности упаковки. Предложен новый подход к изучению морфологии и гистологии растений, основанный на ультразвуковой визуализации высокого разрешения структуры их органов и тканей. Подход связан с использованием принципиально иного механизма контраста – акустические изображения отображают механическую микроструктуру тканей и органов, для их получения нет необходимости фиксировать и окрашивать образцы. Получены впечатляющие акустические изображения большинства органов и тканей цветковых растений – корня, стебля, листьев, репродуктивных органов.