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

В 2023 г. работы по теме посвящены развитию неразрушающих методов объемной визуализации высокого разрешения, расширению используемых вариантов таких методов, применению этих методов для решения актуальных проблем науки и техники. Как и в предыдущие годы, основным направлением исследований оказалась импульсная акустическая микроскопия и ее применения. Однако, в 2023 г., значительное место заняли исследования, связанные с альтернативным методом неразрушающей визуализации – рентгеновской микротомографией. Метод основан на иных принципах объемной визуализации, использует иные физические механизмы контраста и обладает широким диапазоном пространственных разрешений, однако, применим только для изучения структуры в малых объемах, существенно меньших объемов, визуализируемых методами акустической микроскопии. Эти различия определяют перспективность параллельного использования обоих методов, прежде всего, для изучения процесса структурных изменений в материалах с микроструктурой в ходе их разрушения. Представлены результаты использования рентгеновской микротомографии высокого разрешения для изучения микроструктуры углепластиков и ее изменений в процессе растягивающего нагружения вплоть до разрушения. Результаты рентгеновских исследований подтвердили вывод о том, что основные структурные нарушения в армированных композитах возникают в виде протяженных нарушений сплошности в объеме связующего и на границах связующего с армирующими волокнами. Образование несплошностей затрудняют процесс перераспределения нагрузки между волокнами, ведет к концентрации напряжений в отдельных пучках волокон и последующему массовому разрушению волокон. На рентгеновских изображениях обнаружен новый тип микроструктурных изменений, представляющий собой зоны ступенчатого изгиба или излома в параллельной упаковке армирующих волокон. Источником изломов являются трещины, как продольные, так и поперечные. Искривленная укладка уходит от трещины на значительное расстояние, образуя дорожку искаженной структуры. Методами акустической микроскопии исследовалась микроструктура углепластиковых композитов в зонах, прилегающих к областям механической обработки. Показано, что метод позволяет выявлять микродефекты сплошности, вносимые воздействием инструмента, оценивать глубину рельефа обработанной поверхности. Метод является эффективным инструментом для экспертной оценки качества реза и для выбора оптимального механического инструмента и режимов его применения. Методы акустической микроскопии с успехом применялись для изучения in vitro, in vivo и in situ динамики процессов деградации полимерных имплантов, используемых в тканевой инженерии и регенеративной медицине. Методы обеспечивали наблюдение процессов набухания и объемной деструкции, а также изменений локальной упругости в ходе деградации полимеров в водной среде, в биологических средах и в живом организме. Для проведения экспериментов in situ была создана установка для наблюдения, с использованием акустического микроскопа, деградационных изменений в полимерном импланте, вшитом в организм мелкого лабораторного животного. Для реализации таких экспериментов создана установка, позволяющая проводить акустическую визуализацию с обездвиживанием животного на время получения акустических изображений. Для моделирования развития миопии у детей и подростков методами акустической микроскопии на модели глаза японского перепела изучались in vivo и in situ вариации геометрии структурных элементов глаза и упругих свойств его тканей в зависимости от спектральных характеристик светового излучения, воспринимаемого глазом. Результаты экспериментальные подтверждают риск формирования близорукости в раннем возрасте при повседневном освещении, спектральные характеристики которого отличны от естественного света. Акустическая микроскопия использовалась для оценки экологической безопасности использования наночастиц металлов при выращивании овощных культур. На акустических, как и на электронных, изображениях внутренней микроструктуры листьев и стеблей не обнаруживается накопления наночастиц в растениях, выращенных на питательной среде с присутствием наночастиц. Теоретически изучалось взаимодействие ультразвукового излучения с шероховатой поверхностью твердого тела. Исследовано формирование индикатрисы рассеяния рэлеевской поверхностной волны на частично упорядоченной системе особенностей шероховатости с учетом амплитудного форм-фактора для отдельных особенностей в составе этой системы. Исследуется возможное число резонансов для гармонической волны, падающей на квазипериодическую решетку особенностей шероховатости.