ЛАБОРАТОРИЯ ФИЗИКИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ В БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ СПЛАВАХ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ

 

 

Научный руководитель:

к.ф.-м.н., доцент Шеляков Александр Васильевич

e-mail: AVShelyakov@mephi.ru

 

 

Более 25 лет на кафедре проводятся работы по разработке, исследованию и применению тонкомерных материалов, обладающих эффектом памяти формы (ЭПФ).

 

Основные направления научно-исследовательской работы

§  Экспериментальное и теоретическое изучение бездиффузионных(мартенситных) фазовых превращений в аморфно-нанокристаллических сплавах на основе TiNi.

§  Исследование закономерностей структурообразования и термодеформационных явлений в сплавах квазибинарных интерметаллических систем с различным типом организации структуры: аморфной, микро-, нано- и квазикристаллической.

§  Разработка составов сплавов и получение тонкомерных материалов с ЭПФ сверхбыстрой закалкой из расплава с помощью методов спиннингования расплава и планарного литья, исследование кинетических, структурных и деформационно-силовых параметров сплавов.

§  Оптимизация физико-механических свойств быстрозакаленных сплавов с ЭПФ в зависимости от условий легирования, методов и функциональных параметров получения, а также способов и динамики процессов кристаллизации.

§  Разработка и изготовление макетов микромеханических и термочувствительных элементов на основе тонкомерных материалов с ЭПФ.

 

Публикации

Опубликовано более 100 работ в отечественных и зарубежных изданиях, некоторые из которых  представлены ниже:

1.         Artemy Irzhak; Dmitry Zakharov; Viktor Koledov; Gor Lebedev; Alexey Mashirov; Veronika Afonina; Kristina Akatyeva; Vladimir Kalashnikov; Nikolay Sitnikov; Natalia Tabachkova; Alexander Shelyakov; Vladimir Shavrov, Development of laminated nanocomposites on the bases of magnetic and non-magnetic shape memory alloys: towards new tools for nanotechnology // Journal of Alloys and Compounds 586 (2014) S464–S468 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.10.119

2.         Ari-Gur, P., Madiligama, A.S.B., Watza, S.G., Shelyakov, A., Kuchin, D., Koledov, V., Gao, W., X-ray studies of nanostructured Ti2NiCu shape memory alloy // Journal of Alloys and Compounds 586 (2014) S469-S471 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.10.109

3.         Belyaev S.P., Resnina N.N., Irzhak A.V., Istomin-Kastrovsky V.V., Koledov V.V., Kuchin D.S., Shavrov V.G., Ari-Gur P.; Shelyakov A.V., Tabachkova N.Yu., Amorphous-Crystalline Ti2NiCu Alloy Rapidly Quenched Ribbons Annealed by DSC and Electric Pulses // Journal of Alloys and Compounds 586 (2014) S222-S224. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.03.231

4.         Alexey Menushenkov, Olga Grishina, Alexander Shelyakov, Alexander Yaroslavtsev, Yan Zubavichus, Alexey Veligzhanin, Jozef Bednarcik, Roman Chernikov, Nikolay Sitnikov, Local atomic and crystal structure rearrangement during the martensitic transformation in Ti50Ni25Cu25 shape memory alloy // Journal of Alloys and Compounds 585 (2014) 428–433.

5.         Л.В. Спивак, А.В. Шеляков, Н.Е. Щепина, Общие закономерности влияния водорода на процессы кристаллизации аморфных сплавов на базе квазибинарной системы TiNi−TiCu // Журнал технической физики, 2014, том 84, вып. 2, с.52-56.

6.         A.V. Shelyakov, N.N. Sitnikov, A.P. Menushenkov, A.A. Korneev, R.N. Rizakhanov, N.A. Sokolova, Fabrication and characterization of amorphous-crystalline TiNiCu melt-spun ribbons // Journal of Alloys and Compounds 577 (2013) S251–S254 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.02.146

7.         Menushenkov, A.P., Grishina, O.V., Yaroslavtsev, A.A., Chernikov, R.V., Bednarcik, J., Shelyakov, A.V., Sitnikov, N.N., Zubavichus, Y.V., Veligzhanin, A.A., Local crystal structure of TiNiCu shape memory alloys // Journal of Physics: Conference Series 430 (2013) Article number 012067 (4 pp)

8.         Alexander Shelyakov, Nikolay Sitnikov, Sergey Saakyan, Alexey Menushenkov, Razhudin Rizakhanov, Alexander Korneev, Study of Two-Way Shape Memory Behavior of Amorphous-Crystalline TiNiCu Melt-Spun Ribbons // Materials Science Forum 738-739 (2013) 352-356.

9.         10. Boris Senkovskiy, Dmitry Usachov, Alla Chikina, Pavel Ulyanov, Alexander Shelyakov and Vera K. Adamchuk, XPS and NEXAFS investigation of electronic energy structure of Ti-Ni and TiNi-Cu alloys // Materials Science Forum 738-739 (2013) 128-133.

10.      Zakharov D., Lebedev G., Cugat O., Delamare J., Viala B., Lafont T., Gimeno L., Shelyakov A., Thermal energy conversion by coupled shape memory and piezoelectric effects // Journal of Micromechanics and Microengineering 22(9) (2012) 094005.

11.      B.V. Senkovskiy, D.Yu. Usachov, A.V. Fedorov, O.Yu. Vilkov, A.V. Shelyakov, V.K. Adamchuk, Electronic structure of Ti–Ni alloys: An XPS and NEXAFS study // Journal of Alloys and Compounds 537 (2012) 190-196.

12.      A.V. Shelyakov, N.N. Sitnikov, A.P. Menushenkov, V.V. Koledov, and A.I. Irjak, Nanostructured thin ribbons of shape memory TiNiCu alloy // Thin Solid Films 519 (2011) 5314-5317.

13.      A.V. Shelyakov, N.N. Sitnikov, V.V. Koledov, D.S. Kuchin, A.I. Irzhak, and N.Yu. Tabachkova, Melt-spun thin ribbons of shape memory TiNiCu alloy for micromechanical applications // International Journal of Smart and Nano Materials 2: 2 (2011) 68-77.

14.      D.Zakharov, G.Lebedev, V.Koledov, P.Lega, D.Kuchin, A.Irzhak, V.Afonina, E.Perov, A.Shelyakov, V.Pushin and V.Shavrov, An enhanced composite scheme of shape memory actuator for smart systems // Physics Procedia 10 (2010) 58–64.

15.      Yaroslavtsev, A. Menushenkov, R. Chernikov, O. Grishina, Ya. Zubavichus, A. Veligzhanin, A. Shelyakov and N. Sitnikov, Local structure of TiNiCu(Hf) shape memory alloys:XAFS data analysis // Z. Kristallogr. 225 (2010) 478–481 / DOI 10.1524/zkri.2010.1303.

16.      Шеляков А.В., Глезер А.М., Федотов В.Т., Реснер Х., Вильде Г. Структурные особенности композиционных материалов, полученных методом закалки из расплава // Материаловедение. 2010. 7. С.20-23.

17.      Шеляков А.В., Ситников Н.Н., Глезер А.М., Менушенков А.П. Наноструктурированные сплавы системы TiNi-TiCu с эффектом памяти формы // Известия РАН. Сер. физич. 2010. Т.74, № 11. С.1606-1608.

18.      A.Shelyakov, N.Sitnikov, N.Resnina, A.Glezer, and A.Korneev, Effect of pulsed heat treatment on structural and thermomechanical properties of rapidly quenched TiNiCu alloys // In ESOMAT 2009 - The 8th European Symposium on Martensitic Transformations, 04011, 2009, edited by P. Šittner, L. Heller and V. Paidar, published by EDP Sciences (www.esomat.org), DOI: 10.1051/esomat/200904011.

19.      А.М.Глезер, С.И.Кареев, А.В.Шеляков, Эффект памяти формы в сплаве Ti-Ni-Cu под воздействием джоулевой теплоты // Известия РАН. Сер. физич. 2009, Т. 73, № 9, С.1364-1367.

20.      Спивак Л.В., Шеляков А.В. Энергия активации и термоактивационные параметры процесса кристаллизации быстрозакаленных сплавов на базе TiNi // Известия РАН. Серия физическая. 2009, Т. 73, № 9, С.1337–1339.

21.      N.Y.Skryabina, D.Fruchart, L.Cagnon, A.V.Shelyakov, «Hydrogen induced structural phenomena in amorphous and crystalline shape memory alloys», - Journal of Alloys and Compounds, V. 480, 2009, p. 91–93.

22.      N.Resnina, S.Belyaev, A.Shelyakov, Influence of the dynamic crystallization conditions on the martensitic transformations in the Ti40.7Hf9.5Ni39.8Cu10 shape memory alloy // Int. J. of Materials Research, 2009, Vol. 100, Number 3, March 2009, pp.356-358.

23.      N.Resnina, S.Belyaev, A.Shelyakov, Martensitic transformation in amorphous-crystalline Ti-Ni-Cu and Ti-Hf-Ni-Cu thin ribbons // The European Physical Journal - Special Topics, Vol. 158, Number 1, May 2008, pp.21-26.

24.      N.E.Skryabina, D.Fruchart, A.V.Shelyakov, Effect of hydrogenation on the martensite transformation in nano-crystalline Ti50Ni25Cu25 // Journal of Alloys and Compounds, V. 434–435, 2007, p. 751–752.

25.      С.И.Кареев, А.М.Глезер, А.В.Шеляков, «Термодеформационные параметры быстрозакаленного сплава Ti50Ni25Cu25 при циклировании в интервале мартенситного превращения», - ДАН, 2007, Т.413, №6, с.758-761.

26.      С.И.Кареев, А.М.Глезер, А.В.Шеляков, «Особенности эффекта памяти фоpмы пpи пpопускании электpического тока в сплавах на основе TiNi», - Материаловедение, 2006, №12, с.25-29.

27.      Сплавы никелида титана с памятью формы. Ч. I. Структура, фазовые превращения и свойства. Под науч. ред. В.Г. Пушина// Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - 439 с.

28.      A.M.Glezer, E.N.Blinova, V.A.Pozdnyakov, and A.V.Shelyakov, “Martensite transformation in nanoparticles and nanomaterials”, - Journal of Nanoparticle Research, No 5, 2003, pp.551-560.

29.      A.V.Shelyakov, S.G.Larin, V.P.Ivanov, and V.V.Sokolovski, “Recent progress in the application of SMA thin ribbons for fire/heat sensing”, - J. Phys. IV France 112 (2003), pp.1169-1172.

30.      P. Schlossmacher, N. Boucharat, G. Wilde, H. Roesner, and A.V. Shelyakov, “Crystallization studies of amorphous melt-spun Ti50Ni25Cu25”, - J. Phys. IV France 112 (2003), pp.731-734.

31.      H.Rösner, P.Schlossmacher, A.V.Shelyakov, and A.M.Glezer, «The influence of coherent and semi-coherent TiCu precipitates on the martensitic transformation of melt-spun Ti50Ni25Cu25 shape memory ribbons», - Material Transactions, Vol.42, No.8 (2001), pp.1758-1762.

32.      H.Rösner, P.Schlossmacher, A.V.Shelyakov, and A.M.Glezer, «The influence of coherent TiCu plate-like precipitates on the thermoelastic martensitic transformation in melt-spun Ti50Ni25Cu25 shape memory alloys», - Acta Materialia 49 (2001), pp.1541-1548.

33.      P.L.Potapov, A.V.Shelyakov and D.Schryvers, «On the crystal structure of TiNi-Cu martensite», - Scripta Materialia, v.44, no.1 (2001), pp.1-7.

34.      H.Rösner, A.V.Shelyakov, A.M.Glezer, and P.Schlossmacher, “On the origin of the two-stage behavior of the martensitic transformation of Ti50Ni25Cu25 melt-spun ribbons”, - Materials Science and Engineering, A307 (2001), pp.188-189.

35.      A.V.Shelyakov, S.G.Larin, V.P.Ivanov, V.V.Sokolovski, and A.Yu.Nikiforov, «Thermosensitive devices based on rapidly quenched shape memory alloys», - J. Phys. IV France 11 (2001), Pr8-547-552.

36.      G.Gomarasca, G.Airoldi, and A.Shelyakov, «Reliability of resistance/deformation during electrically-driven thermal cycles under stress on Ti50Ni25Cu25 melt spun ribbons», - J. Phys. IV France 11 (2001), Pr8-339-344.

37.      P.Schlossmacher, H.Rösner, A.V.Shelyakov, and A.M.Glezer, «Microstructures and thermal stability of heat-treated TiHfNiCu melt-spun ribbons», - in Proc. of Int. Conf. on Shape Memory and Superelastic Technologies: (SMST-2000), Pacific Grove, CA (USA), 30 April-4 May 2000, (S.M.Russel and A.R.Pelton, Eds.), SMST, 2001, pp.123-130.

38.      M.Liu, X.M.Zhang, L.Liu, Y.Y.Li, A.V.Shelyakov, «In situ TEM observations of martensite-austenite transformations in a Ni49Ti36Hf15 high temperature shape memory alloy», - J. Materials Science Letters, 19, 2000, pp.1383-1386.

39.      A.V.Shelyakov, N.M.Matveeva and S.G.Larin, «Rapidly quenched TiNi-based shape memory alloys», - in Shape Memory Alloys: Fundamentals, Modeling and Industrial Applications. Eds. F.Trochu and V. Brailovski, Canadian Inst. of Mining, Metallurgy and Petrolium, 1999, p. 295-303.

40.      S.G.Larin, A.V.Shelyakov, V.P.Ivanov, and V.V.Sokolovski, "Application of shape memory alloys thin ribbons for fire/heat sensing", - in Shape Memory Alloys: Fundamentals, Modeling and Industrial Applications. Eds. F.Trochu and V.Brailovski, Canadian Inst. of Mining, Metallurgy and Petrolium, 1999, pp.461-469.

41.      H.Rösner, A.V.Shelyakov, A.M.Glezer, K.Feit, and P.Schlossmacher, ”A study of an amorphous-crystalline structured Ti-25Ni-25Cu (at.%) shape memory alloy", - Materials Science and Engineering, A273-275 (1999), pp.733-737.

42.      P.Schlossmacher, H.Rösner, A.V.Shelyakov, and A.M.Glezer, «Amorphous-crystalline microstructures of heat-treated, melt-spun Ti50Ni25Cu25 ribbons», - Materials Science Forum Vols. 327-328 (2000), pp.131-134.

43.      A.V.Shelyakov, N.M.Matveeva, S.G.Larin, and V.V.Sokolovsky, "Foil tapes from shape memory alloys”, - New Technologies for 21 Century, N 1, (1997), pp.27-28.

44.      A.Shelyakov, A.Gulyaev, P.Potapov, E.Svistunova, D.Hodgson, N.Matveeva, and J.Cederstrom, "Rapidly quenched high temperature shape memory NiTiHf alloys", - in Proc. of Int. Conf. on Shape Memory and Superelastic Technologies (SMST-97), Pacific Grove, CA (USA), 2-6 March 1997, (A.R.Pelton, D.Hodgson, S.M.Russel and T.Duerig, Eds.), SMST, Santa Clara, CA, 1997, pp.89-94.

45.      Н.М.Матвеева, В.Г.Пушин, А.В.Шеляков, Ю.А.Быковский, С.Б.Волкова, В.С.Крапошин, «Влияние условий кристаллизации аморфных сплавов системы TiNi-TiCu на структуру и эффект памяти формы», - ФММ, 83, вып.6 (1997), с.82-91.

46.      P.Potapov, A.Shelyakov, A.Gulyaev, E.Svistunova, N.Matveeva, and D.Hodgson, "Effect of Hf on the structure of Ni-Ti martensitic alloys", - Materials Letters 32 (1997), pp.247-250.

47.      A.V.Shelyakov, Yu.A.Bykovsky, N.M.Matveeva and Yu.K.Kovneristy, "Formation of two-way shape memory effect in rapid-quenched TiNiCu alloys", - J. de Phys.IV, Coll.C8, Vol.5, (1995), pp.713-716.

48.      A.V.Shelyakov, V.A.Antonov, Yu.A.Bykovsky, and N.M.Matveeva, "Optical devices based on shape memory effect for signal processing", - in Proc. of Int. Conf. on Shape Memory and Superelastic Technologies (SMST-94), Pacific Grove, CA (USA), 7-10 March 1994, (A.R.Pelton, D.Hodgson and T.Duerig, Eds.), MIAS, Monterey, CA, 1995, pp. 335-340.

49.      A.V.Shelyakov and V.A.Antonov, "Application of light scattering properties of shape memory alloys for developing spatial light modulators", - SPIE Proceedings, V. 2051, (1993), pp.152-154.

50.      V.A.Antonov and A.V.Shelyakov, "Spatial light modulator on the base of shape memory effect", - SPIE Proceedings, 1474 (1991), pp.116-123.

51.      В.А.Антонов, Ю.А.Быковский, А.В.Шеляков, Н.М.Матвеева, Ю.К.Ковнеристый, "Метод оптического рассеяния для исследования температурных интервалов  мартенситного  превращения", - Известия АН СССРеталлы, 1990, № 3, с.123-126

52.      V.A.Antonov, Yu.A.Bykovsky, A.I.Larkin, A.V.Shelyakov, "Elements of optical processors based on shape memory effect", - SPIE Proceedings, 1183 (1989), pp.20-27.

53.      N. Н.М.Матвеева, Ю.К.Ковнеристый, Ю.А.Быковский, А.В.Шеляков, О.В.Костяная, "Исследование температурных интервалов и характера мартенситного превращения в сплавах TiNi-TiCu, полученных сверхбыстрым охлаждением расплава", - Известия АН СССР. Металлы, 1989, N 4, с.171-175.

 

Участие в научных конференциях

Полученные результаты докладывались на наиболее крупных конференциях, в частности, в последние 5 лет:

·         Научная сессия НИЯУ МИФИ, Москва, 2005 - 2014 гг.

·         10-я юбилейная Международная научно-техническая конференция "Современные металлические материалы и технологии" (СММТ'13), С.-Петербург, 25-29 июня 2013 г.

·         9th European Symposium on Martensitic Transformations (ESOMAT 2012), September 9-16, 2012, Saint-Ptersburg, Russia

·         Международная научно-техническая конференция «Нанотехнологии функциональных материалов» (НФМ’2012), ганкт-Петербург, 27–29 июня 2012г.

·         International Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT 2011), September 4-9, 2011, Osaka, Japan

·         The 11th International Workshop on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2011), November 15 - 18, 2011, Seoul, Korea

·         The 5th International Conference on Technological Advances of Thin Films & Surface Coatings (ThinFilms2010), Harbin, China, 11th -14th July 2010

·         VI Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (ФППК-2010), Черноголовка, 16-20 ноября 2010 г.

·         The 8th European Symposium on Martensitic Transformations (ESOMAT 2009 ), September 7-11, 2009, Prague, Czech Republic

·         16th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements (SCTE2008), Dresden, Germany, 26-31 July 2008

·         14th International Symposium on Metastable and Nano-Materials. Corfu, Greece, 26-30 August, 2007

 

Научные гранты

В последние 5 лет проведенные работы были поддержаны грантами:

  • РФФИ № 12-07-00811-a (2012-2014гг.)
  • РФФИ 10-02-92662-ИНД_а, (2010-2011гг.)
  • ФЦП Кадры, ГК №14.740.11.0687 от 12 октября 2010 г. (2010-2011гг.)
  • ФЦП Кадры, ГК № П726 от 12 августа 2009, (2009-2011гг.)
  • ФЦП, ГК № 02.513.12.3097 от 05.10.2009г., (2009-2011гг.)
  • РФФИ № 09-02-91348-ННИО_а (2009-2010гг.)
  • ФЦП Кадры, ГК № П626 от 7 августа 2009 г., (2009-2010гг.)
  • РФФИ 08-08-00281-а, (2008-2009гг.)

 

Краткое описание предмета научно-исследовательских работ и полученных результатов

Сплавы с ЭПФ с полным основанием можно отнести к числу новых материалов, использование которых в различного рода устройствах позволяет найти нестандартные решения важных технических задач. Главная особенность таких сплавов - способность заданным образом изменять свою форму в зависимости от температуры. В настоящее время природа и механизм ЭПФ в общих чертах изучены, области применения сплавов с ЭПФ благодаря их уникальным свойствам весьма многообразны и постоянно расширяются, прежде всего это энергетика, приборо- и машиностроение, аэрокосмическая техника, медицина, робототехника. При этом, как правило, в устройствах используются массивные материалы, полученные с помощью традиционной технологии (ковка, прокатка или волочение крупногабаритного слитка с промежуточной термической обработкой). В то же время, при решении широкого круга технических задач возникают требования миниатюризации, экономичности, быстродействия устройств на основе подобных сплавов, что приводит к необходимости разработки и исследования свойств тонкомерных материалов с ЭПФ. Одним из наиболее перспективных материалов для решения этой задачи является тонкая (толщиной менее 100 мкм) лента из сплавов на основе TiNi. Однако получение тонкомерных материалов из труднодеформируемых TiNi-сплавов с помощью традиционной технологии - весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Кроме того, он приводит к неоднородности структуры и физических свойств сплавов, а также к ухудшению характеристик ЭПФ, связанному с ликвацией и образованием хрупких фаз.

Нами разработаны составы и технология получения тонкомерных материалов с ЭПФ сверхбыстрой закалкой из расплава с помощью методов спиннингования расплава и планарного литья, что позволило получить широкий спектр новых материалов в виде тонких лент с варьируемыми физико-механическими свойствами. Основные преимущества таких материалов обусловлены тем, что первоначально быстрой закалкой расплава формируют аморфную или аморфно-кристаллическую структуру ленты, а затем при термической обработке получают субмикро- или нанокристаллическую структуру, дисперсность которой на 1-2 порядка меньше, чем в лентах, полученных с помощью традиционной технологии. При этом быстрозакаленная лента обладает более высоким уровнем физико-механических свойств, высокой пластичностью и однородностью свойств ЭПФ по длине ленты, позволяет реализовать ЭПФ как в области высоких (до 300°С¸400°С), так и в области криогенных температур. Некоторые параметры лент приведены в Таблице 1.

На основе быстрозакаленной ленты с ЭПФ разработан и реализован широкий спектр термочувствительных устройств, в частности, несколько типов термореле, терморегуляторов, тепловых пожарных извещателей, волоконно-оптических термодатчиков, некоторые из которых представлены на Рис.1,2, а их параметры в Таблице 2. Нормально замкнутые термореле в металлическом корпусе используются для защиты оборудования и бытовых изделий от перегрева, а также в качестве чувствительных элементов в серийно выпускаемых тепловых пожарных извещателях ИП103-2, ИП103-31, ИП109-1, которые получили сертификаты качества и пожарной безопасности в России и удовлетворяют требованиям европейского стандарта EN-54.

Применение тонкомерных материалов с ЭПФ может быть эффективно в целом ряде термочувствительных устройств, в особенности быстродействующих, используемых в качестве:

·         микро-электро-механических элементов различного назначения, совместимых с кремниевой технологией;

·         индикаторов температуры;

·         термореле, сигнализаторов в системах пожарной сигнализации предприятий, жилых помещений, железнодорожного и автомобильного транспорта;

·         терморегуляторов в установках термостатирования теплиц, элеваторов, овощехранилищ и складов;

·         датчиков перегрева жидкости и пара в радиаторах водяного охлаждения, в масляных рубашках охлаждения промышленных трансформаторов, в теплообменниках, в паровых котлах;

·         термопереключателей для карбюратора, вентилятора и системы обогрева сидений автомобиля;

·         термодатчиков для контроля технологических процессов.

 

На основе наноструктурированного сплава TiNiCu был разработан функциональный материал, использованный для изготовления макета «нанопинцета» с рекордно малыми размерами (0,9х5х30 мкм) - микромеханического инструмента, обеспечивающего захват и удержание для трехмерного перемещения и препарирования микро- и нанообъектов (размерами в интервале 30÷3000 нм) для задач нанотехнологии, медицины, биологии, микро- и наноэлектроники. Из полученного материала в НИТУ МИСиС совместно с ИРЭ РАН с использованием технологии фокусированных ионных пучков (ФИП) был изготовлен прототип «нанопинцета» и продемонстрирована возможность пространственного манипулирования микро- и нанообъектами различного происхождения: углеродными нанотрубками, графеновыми листами, нановолокнами, наночастицами и биологическими объектами (рис. 3).

 

Существует широкий круг задач в медицине, которые могут быть решены с помощью тонкомерных материалов с ЭПФ, в частности:

¨      укрепление, протезирование стенок кровеносных сосудов, в частности при варикозном расширении вен, сужении артериальных сосудов.

¨      фильтры для улавливания сгустков крови.

¨      фиквидация опухолей мозговых артерий, атеросклеротических бляшек за счет предотвращения их кровообращения.

¨      протезирование клапанов сердца, создание искусственных мышц сердца.

¨      изготовление миниатюрных медицинских инструментов, в частности, для эндоскопической хирургии (зажимы, захваты, скальпели и т.п.).

 

Кроме того, весьма перспективно использование фольговой ленты с ЭПФ в качестве:

§  рабочих элементов модуляторов света в оптических системах обработки информации;

§  привода в тепловых машинах, в холодильниках;

§  демпфирующих материалов и компонентов композиционных материалов;

§  исполнительного механизма в ряде товаров широкого потребления (термометры, термостаты, игрушки, бижутерия и т.д.).

 

Показана возможность создания на основе тонкомерных материалов с ЭПФ широкого спектра устройств управления оптическим излучением, включая матричный пространственно-временной модулятор света, светоклапанные электронно-лучевые трубки, диффракционные решетки с перестраиваемым шагом, предназначенные для ввода информации в системы оптической обработки информации. Такие устройства могут найти применение в системах голографического распознавания образов, многопараметрической диагностики, идентификации сложных сигналов, для реализации математических операций оптическими процессорами, для создания плоских дисплеев с повышенным контрастом, в индикаторных и ахроматических проекционных системах, в волоконно-оптических узлах связи. Использование тонкомерных материалов с ЭПФ обеспечит уникальные свойства разработок.

 

 

 

Рис. 3. 3D манипулирование графеновыми листами с помощью прототипа «нанопинцета», установленного на микроманипуляторе «Omniprobe»