Новые пористые материалы открыли химики Самарского политеха
Одно из актуальных направлений современного материаловедения – создание структур с оптимальным отношением прочности к плотности. Чем легче и прочнее материал, тем больше возможностей для его применения. Одно из основных направлений таких исследований – получение макроскопических упорядоченных пористых структур на основе трех-периодических поверхностей, разбивающих пространство на две системы непересекающихся пор. Математическая задача построения таких поверхностей в общем виде пока не решена. Команда ученых Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Самарского политеха под руководством доктора химических наук, директора Владислава Блатова разработала метод построения фактически неограниченного числа таких поверхностей на основе топологического анализа атомных сеток природных кристаллов. На основе этих поверхностей было получено более 200 пористых структур, изучены их механические свойства и определены самые перспективные из них. Результаты последних исследований описаны в статье (DOI:10.1080/15376494.2025.2518468).
– Мы подсмотрели идеальные трех-периодические структуры у природы. Некоторые кристаллы, например цеолиты, обладают атомными сетками с явно выраженными порами. Топологический анализ этих сеток позволяет выделить из них трижды периодические, в том числе минимальные поверхности. Изготовляя саму поверхность конечной толщины из одного материала и заполняя непересекающиеся поры веществами с другими характеристиками, получаем композитные структуры с разнообразными функциональными свойствами. Кроме того, за счет разветвленной структуры они обладают большой площадью поверхности, – поясняет доктор физико-математических наук, заместитель директора МНИЦТМ по научной работе Александр Крутов.
– Компьютерное моделирование показало, что эти структуры обладают широким диапазоном значений упругости и выраженной анизотропией – их механические свойства существенно зависят от направления нагрузки, – делится результатами исследований кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник МНИЦТМ Михаил Смольков. – Это открывает широкие возможности для применения подобных структур в различных инженерных решениях. Наиболее перспективные модели были изготовлены из PLA-пластика методом аддитивного производства (3D-печати).