Разработка новых пористых материалов на основе трех-периодических поверхностей, теоретическое и экспериментальное исследование их термомеханических свойств

В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию материалов, содержащих макроскопические системы полых ячеек или пор различной структуры. Интерес к такого рода материалам вызван их возможностями абсорбировать энергию механических напряжений, свойствами теплопроводности, электропроводности, звукоизоляции, поглощения вибраций. Новые перспективы в создании пористых материалов открываются с развитием аддитивных технологий высокого разрешения, что привело уже, например, к использованию пористых материалов в медицинских имплантах. Особый интерес вызывает теоретические и экспериментальные исследования физических свойств трех-периодических пористых материалов, построенных на базе соответствующих трех-периодических ,в том числе минимальных, поверхностей. Вместе с тем, общего метода построения таких поверхностей с различными топологиями и геометриями и,соответственно, методов построения на их основе новых пористых материалов в настоящее время не существует. Оригинальный метод генерации трех-периодических поверхностей (ТПП )на основе кристаллографических сеток природных кристаллов–цеолитов–и, как следствие, генерации трех-периодических пористых материалов предложен в Международном научно-исследовательском центре по теоретическому материаловедению при Самарском государственном техническом университете (МНИЦТМ). Моделированию и получению ранее неизвестных пористых материалов этим методом, а также теоретическому и экспериментальному исследованию их свойств и посвящен представленный проект. Следует отметить, что в активно ведущихся в настоящее время исследованиях механических и термических свойств пористых материалов используется только весьма ограниченный ряд трех-периодических структур. Ограниченный выбор трех-периодических пористых материалов существенно затрудняет исследования и разработки в этом направлении. Безусловно, появление новых, ранее неизвестных, трех-периодических пористых материалов, на что и нацелен данный проект, существенным образом продвинет мировые исследования в этой области материаловедения. Проект носит междисциплинарный и комплексный характер. Он сочетает тополого-геометрические математические методы, методы кристаллохимии, математические методы сглаживания поверхностей с учетом оптимизации ее кривизны, методы компьютерного моделирования термических и механических свойств макроскопических пористых объектов, аддитивные технологии для изготовления образцов новых пористых материалов и экспериментальные методы измерения термических и механических свойств полученных образцов. Научная новизна поставленных в проекте задач и планируемых результатов обусловлена новизной объектов теоретического и экспериментального исследования, а также новизной и оригинальностью методов их получения. В проекте будут сгенерированы и исследованы неизвестные ранее макроскопические пористые материалы, полученные на основе неизвестных ранее в математике ТПП. Для генерации материалов будет использован оригинальный метод построения таких поверхностей, развитый в МНИЦТМ, сотрудниками которого являются участники проекта. Метод основан на построении на базе атомных сеток кристаллов пористых каркасов, из которых после процедуры сглаживания получаются поверхности, топологически эквивалентные соответствующим каркасам. В проекте планируется теоретически и экспериментально исследовать пористые материалы, полученные указанным образом на основе поверхностей, сгенерированных из атомных сеток цеолитов с различными пространственными группами и различными топологиями поверхности. В результате этих исследований предполагается установить взаимосвязь топологии поверхности с термомеханическими свойствами материалов. В проекте будут использованы многолетний опыт и компетенции участников проекта в моделировании свойств материалов на различных пространственныхмасштабахивэкспериментальномисследованииихтермомеханическихсвойств.