CC BY
264
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
окрестности химпотенциала для х = 0,1. Изменение электронной структуры ионов самария с ростом температуры приводит к изменению степени заполнения зоны и соответственно к изменению величины сопротивления.
Итак, в твердом растворе 8шхМп1-х8 с х = 0,1 наблюдается металлический ход проводимости. При замещении Мп на 8ш найден фазовый переход полупроводник-металл.
Библиографические ссылки
1. Suryanarayanan R., Smirnov I. A., Brun G., Shul'man S. G. //Journal de Phys. 37. 1976. Р. 4-271.
2. Киттель Ч. Элементарная физика твердого тела. 1965. 368.
3. Аплеснин С. С., Рябинкина Л. И., Романова О. Б. [и др.] // ФТТ. 51. 661. 2009.
© Харьков А. М., Аплеснин С. С., 2010
УДК 621.3.049.77
П. А. Чванов, Э. В. Васильевский Научный руководитель - Ю. Ф. Пугачев Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт), Ульяновск
НАНОМАТЕРИАЛЫ И АВИАЦИЯ
Возможности применения нанотехнологии и наноматериалов в авиации и космонавтике обусловлены особыми требованиями (термостойкость, сопротивление так называемому тепловому удару, высокая термоизоляционная способность и т. д.) при разработке летательных аппаратов.
Нанотехнология имеет особое значение в методах разработки и изготовления совершенно новых конструкторских материалов. Наиболее известным и полезным является алмазная или графеновая «бумага» - новый вид материалов на основе углерода. Ее можно свернуть в рулон, гнуть и трансформировать как обычный лист картона. Но при этом ее прочность приближается к алмазу. А также повышенная термостойкость (1000... 1600 °С), хорошая электропроводимость дает возможность утверждать, что этот материал способен произвести революцию в авиастроении [2].
Графен, слой атомов углерода, соединенных в гексагональную (шестигранную) кристаллическую решетку, по большому счету можно считать двумерной копией трехмерного графита. Его можно представить как одну плоскость (единичный слой) графита, отделенную от объемного кристалла. Или же, как еще часто говорят, графеновые пленки — это как бы раскатанные в одной плоскости миллионы углеродных нанотрубок, сцепленных друг с другом на очень большом «листе» атомарной толщи-ны.«Графен располагает очень высокой термостойкостью, прочностью, а также имеет хорошие электрические свойства [1; 2]. У графена уникальные оптические, электрические, термические и механические свойства. Материалы на основе графена будут исключительно прочными и долговечными, уступая, возможно, лишь алмазу. При увеличении температуры их прочность не только не падает, а, наоборот, растет. Эта особенность позволяет применять их для разработки лопаток для авиационных двигателей. В будущем же, возможно, будут созданы двигатели внутреннего сгорания, целиком состоящие из углеродных волокон. Создаются поршни и валы. И по общему признанию, первым на очереди окажется роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Его конструкция наиболее подходит для работы с
углеродом. Ну а далее обязательно инженеры возьмутся и за реактивные двигатели» [2].
«Пока же графеновая «бумага» будет полезна, в первую очередь, для изготовления облегченных обшивок и в качестве термоизоляторов. Помимо высокой прочности она обладает и хорошей электрической проводимостью, что позволяет минимизировать ущерб при ударах молнии в самолет. Заряд распределяется по всему корпусу, и лайнер остается без серьезных повреждений. Сейчас же доля угле-родосодержащих материалов в авиации достигает примерно 50 %. К примеру, европейский самолет-гигант А380 сконструирован в таком соотношении. Ныне разрабатываемый американцами Boeing Dreamliner тоже наполовину будет из композитов, что из-за снижения веса, естественно, отразится на пассажировместимости и топливной экономичности. Графен позволит еще больше увеличить эту долю» [3].
До сих пор углеродосодержащие материалы обладали главным недостатком - это неравномерное сопротивление нагрузкам. Так, если на разрыв и на сжатие они работают намного лучше, чем сталь, то на сдвиг значительно проигрывают ей. Углеродные волокна, связанные, словно клеем, различными наполнителями и смолами, могут смещаться относительно друг друга. В итоге инженерам приходится для каждого определенного участка самолета или ракеты проектировать свой лист из композитных материалов, в котором волокна расположены таким образом, чтобы сопротивляться нагрузкам только строго определенной стороной.
В графеновой «бумаге», напротив, слои переплетаются между собой хаотично, поэтому нагрузка может распределяться равномерно по всей структуре, делая ее невероятно прочной. «Обшивки, уплотнители и прокладки из графена будут практически вечными. — Перепады высоких температур и
Секция «Перспективные материалы и технологии»
нагрузка ему не страшны. Единственный недостаток это невероятно высокая цена. Но с началом масштабного введения этого материала в производство она будет падать».
Научные работники ЦАГИ обнаружили особые свойства детонационного синтеза углеродных нано-материалов, которые, в свою очередь, предполагается использовать в новых композитах для конструирования перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. Главным образом беспилотных и с пульсирующим детонационным двигателем, которые станут одними из основных элементов систем противовоздушной и противоракетной обороны.
Нанотехнологии - это не только размеры частиц в одну миллионную долю миллиметра, но и протекание процессов в наносекундном диапазоне. Сначала появилась возможность увидеть и контролировать малые размеры, а теперь - и возможность контролировать процессы в малое время. В том числе и процесс детонации [3].
В Германии еще в 40-е годы прошлого века были созданы пульсирующие детонационные двигатели. Но низкочастотные механические клапанные системы не позволили тогда добиться максимального эффекта от детонационного горения. В последние годы российскими учеными и специалистами, в первую очередь НПО «Сатурн» и ЦАГИ, выполнен ряд успешных разработок бесклапанных дозирующих систем на основе газоструйных резонаторов, ставших важнейшим элементом новых перспективных схем пульсирующего детонационного двигателя. При этом частота пульсирующей газовой детонации может увеличиться с 200 герц до 25 килогерц [1; 2].
Материалом для детонации в таком двигателе служит главным образом водород. Основа для получения водорода - металлическое топливо с высокой энергоемкостью. В первом приближении это специально подготовленный алюминий. Такое топливо при определенных реакциях выделяет не только тепло, но и водород, который и используется для сжигания в детонационном двигателе. Металлическое топливо в отличие от водорода удобно для безопасного хранения на борту летательного аппарата. Водород же обладает колоссальной проникающей способностью и разрушает конструкции.
Нанотехнологии - это будущее всего человечества. Исходя из нашего исследования можно определить основные предпосылки развития авиации:
1. Создание новых типов двигателей.
2. Улучшение аэродинамики летательных аппаратов.
3. Создание новых конструкторских материалов (сверхлегких, сверхпрочных, термостойких).
Что, в свою очередь приведет к развитию и созданию новых, более удобных и надежных средств авиатранспорта.
Библиографические ссылки
1. Инженерная газета. 2007. № 29-30. Авг.
2. URL: http:// www.wikipedia.org.
3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию ; пер. с японск. М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.
© Чванов П. А., Васильевский Э. В., Пугачев Ю. Ф., 2010
УДК 539.23 + 541.182.024 + 537.611.46
А. В. Шиверский, А. А. Клабуков, И. В. Башков Научный руководитель - К. П. Полякова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск Сибирский федеральный университет, Красноярск
ПЛЕНКИ МАНГАНИТА Ьа078г03МпО3, ПОЛУЧЕННЫЕ ЭКСТРАКЦИОННО-ПИРОЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ ИЗ РАСТВОРОВ С ЭКСТРАКЦИЕЙ ИОНОВ Мп2+
Представлены результаты исследований магнитных свойств поликристаллических пленок манганита Ьа0.78г03МпО3, полученных экстракционно-пиролитическим методом из растворов с экстракцией Мп2+.
В настоящее время ведутся активные исследования в области создания наноустройств для спинтро-ники. Одними из перспективных материалов для спинтроники являются материалы, обладающие гигантским магнетосопротивлением, среди которых манганиты со структурой перовскита являются предметом многочисленных исследований. Нами были синтезированы пленки манганитов Ьа078г03Мп03 методом пиролитической экстракции в которых марганец обладал валентностью Мп2+. Экстракционно-пиролитический метод получения материалов заданного состава заключается в экс-
тракции компонентов из водных растворов, смешении их в требуемом соотношении, нанесении раствора на подложку и последующем пиролизе. Нанесение пленки на подложку из кварцевого стекла осуществлялось методом центрифугирования со скоростью вращения 3 000 об/мин. Для получения пленок манганита Ьао.78г03Мп03 был использован раствор с концентрацией 2 %. После нанесения смачивающей пленки производили подсушивание ее над нагревателем при температуре 120..140 °С. Затем пленки помещались в вертикальную печь. После пиролиза при температуре 500 °С в течение 3-5 мин., подложку с
