Зависимость механических свойств пористого нитинола от структуры кристаллической матрицы Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

SSjmSS 18-20 октября 2022 г.

Зависимость механических свойств пористого нитинола от структуры кристаллической матрицы

Никифоров Г.А., Галимзянов Б.Н., Мокшин А.В.

Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань Е-mail: nikiforov121998@,mail. ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-73-74

На сегодняшний день активно набирают популярность «умные» материалы за счёт своих уникальных физических свойств [1]. Одним из таких материалов является никелид титана Ni50Ti50 (нитинол) благодаря эффекту памяти формы — способности после пластической деформации полностью восстановить свою исходную форму. Помимо эффекта памяти формы нитинол интересен своей высокой коррозийной стойкостью и биоинертностью, вследствие чего нашел широкое применение как материал для изготовления имплантов [2]. Особый интерес представляют импланты на основе пористого нитинола, так как они могут быть насыщены лекарственными препаратами [3]. Также известно, что живые ткани лучше интегрируются с пористыми имплантами [4]. Эти обстоятельства делают актуальным исследование структуры и механических свойств пористого нитинола. В нашей работе мы воспользовались методом моделирования молекулярной динамики, так как он позволяет получать такие структуры, которые на сегодняшний день еще не удалось получить экспериментальным способом.

Для изучения структуры и механических свойств пористого нитинола нами был разработан оригинальный алгоритм генерации пористой структуры с заданными параметрами пор и пористостью системы. Принцип работы алгоритма заключается в удалении атомов из сплошной кристаллической основы. Выбор алгоритмом области генерации поры в кристаллической матрице происходит случайным образом. В алгоритме предусмотрена возможность задавать размеры пор в зависимости от исследовательской задачи.

В данной работе мы изучали механические свойства при растяжении вдоль оси Ох пористых моделей нитинола, полученных с помощью разработанного нами алгоритма. Мы обнаружили, что упругие, пластические и прочностные свойства пористых образцов с

™™дыГу™ новые материалы, активные среды и наноструктуры

равномерным распределением кристаллической матрицы вдоль направления деформации выше, чем у аналогичных образцов со случайным распределением (рис. 1, левая панель). На рис. 1 (правая панель) представлено изображение пористой системы нитинола, полученной с помощью предложенного алгоритма, с равномерным распределением кристаллической матрицы вдоль оси Ох при температуре 300 К и давлении 1 атм.

ю

е, % х

Рис. 1. Мгновенный снимок конфигурации кубической пористой системы размером 9 нм, пористостью 55 % и линейными размерами пор 2.1-5.7 нм (правая панель), график напряжения-деформации при

растяжении пористых образцов нитинола с равномерным и случайным распределением кристаллической матрицы (левая панель)

Работа выполнена при поддержке РНФ (проект №19-12-00022-П). Мокшин А.В. выражает признательность Фонду развития теоретической физики и математики «Базис» (№ 20-1-2-38-1).

1. Qader I.N., Kok M., Dagdelen F. et al. El-Cezerî Journal of Science and Engineering. 2019, 6, 755-788.

2. Duerig T., Pelton A., Stockel D. Materials Science and Engineering. 1999, 273, 149-160.

3. Wang C.K., Wang W.Y., Robert F.M. et al // J. Biomed. Mater. Res. B Appl Biomater. 2010, 93, 562-572.

4. Волчков C.E., Шишковский И.В., Байриков И.М. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2013, 8, 51-56.