Научная деятельность

«Мартенситные превращения и явление сверхупругости»

Данное направление посвящено разработке концепции управления параметрами термо-механического воздействия на кинетику фазовых превращений мартенситного типа в сталях, а также в сплавах, обладающих эффектом памяти формы и сверхупругостью, позволяющей управлять физико-механическим комплексом свойств материалов, предназначенных для применения в медицинской технике в качестве инструментария и имплантатов.

Разработка конструкций медицинских инструментов и имплантатов предъявляет особые требования к комплексу физико-механических свойств применяемых материалов. Особенно это относится к конструкциям из сплавов, обладающих эффектом памяти формы и сверхупругости, которые с одной стороны должны восстановить предварительно заданную им форму после доставки к месту имплантации, с другой стороны, обеспечить коррекцию патологии, что осуществляется, как правило, за счет эффекта сверхупругости.

Изготовление имплантатов из сплавов с эффектом памяти формы и сверхупругости достаточно широко используется в медицине, однако, зачастую оно не может носить массовый характер в силу индивидуальных особенностей человеческого организма в области патологически измененных тканей, требующих коррекции. Поэтому актуальным является исследование влияния условий и величины нагружения, которым подвергается имплантируемое устройство в процессе эндоскопической доставки его в рабочую зону. Проводится моделирование процесса воздействия имплантата на окружающие его ткани человеческого тела. Разработана схема испытания материала и готового изделия для выявления допустимых условий эксплуатации, а также прогнозирования изменения механических свойств материала имплантата в условиях эксплуатации.

Исследование и диагностика наноматериалов и наноустройств на их основе

В рамках данного направления проводятся исследования перспективных физических принципов и методов исследования и диагностики наноматериалов и наноустройств на их основе, технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов (в том числе сверхпроводящих) с помощью ультразвуковых и поверхностных плазмон-поляритонных волн. Рассматриваются вопросы теории взаимодействия ультразвуковых и электромагнитных волн с веществом (нормальная и аномальная дисперсия), условий возбуждения и распространения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ) на границе раздела металл-диэлектрик, дисперсионное соотношение для ПЭВ, различные типы ПЭВ. Анализируются существующие методы получения, регистрации и применения ПЭВ, в том числе: определение оптических характеристик металлов с помощью ПЭВ, оптический микроскоп на поверхностных плазмонах, плазмон-резонансная спектроскопия биомолекул, различные сенсорные устройства и другие. Исследуется новый класс материалов — метаматериалы, изучаются возможности их применения (суперлинза, фотонные и фононные кристаллы).

Оптимальное управление технологическими процессами производства труб большого диаметра по технологии sms meer

Предложена аналитическая методика расчета остаточных напряжений листовой заготовки при ее изгибе на трубоформовочном прессе и максимальных напряжений в стенке трубы при экспандировании по технологии JCOE фирмы SMS MEER. Результаты исследования могут быть использованы при производстве стальных труб большого диаметра для магистральных газонефтепроводов и диагностике причин их разрушения.

Кардиоимпланты на основе материалов с эффектом сверхупругости

Разработка конструкций кардиоимплантатов предъявляет особые требования к комплексу физико-механических свойств материалов, применяемых медицине. Особенно это относится к конструкциям из сплавов с эффектом памяти формы и сверхурпугости, которые используются для коррекции патологически расширенных анатомических структур. Поэтому актуальной является разработка не только конструкций, но и методики тестирования изделий.

Разработаны модели кардиоимплантатов из сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхурпугости, позволяющие эффективно корректировать анатомические патологии. Предложенная методика тестирования изделий позволяет не только стабилизировать физико-механические свойства в условиях эксплуатации, но и контролировать кинетические особенности фазовых переходов.

Предполагается апробировать указанные модели и методики при изготовлении медицинского инструментария для эндоваскулярной хирургии сосудов при врожденной или приобретенной патологии сердца и сосудов. Конструкции из материала с ЭПФ и сверхупругости предполагается использовать в условиях периодической переменной нагрузки, что позволит избежать типичных разрушений, характерных для материалов, традиционно применяемых в медицине. Соответственно, это также позволяет рассчитывать на снижение послеоперационных осложнений.

Селективная лазерная обработка материалов
Во многих твердых материалах существуют нано- и микромасштабные области, определяющие их оптические и механические свойства. К таким материалам относятся не только наноструктурные материалы, но и многие «традиционные» материалы. Это например, элементы лазерной оптики, оптическая прочность и механическая целостность которых лимитируется неоднородными микро- и наноразмерными областями. Оптически неоднородными областями могут быть трещины, поры, поглощающие включения. Неоднородные области характеризуются повышенной плотностью точечных и линейных дефектов структуры, повышенным содержанием поглощающих неоднородностей. Дефектные области могут быть причиной развития оптического пробоя и механического разрушения макроразмерного оптического элемента. В таких материалах интегральные эксплуатационные характеристики определяются эффектами, получающими развитие в неоднородных областях, имеющих нано- и микроразмеры. Существуют методы воздействия, направленные на изменение состояния таких дефектов с целью повышения эксплуатационных характеристик материала. Однако влиять на свойства оптически прозрачного материала, оптимизировать его характеристики нужно не столько путем воздействия на весь материал в целом, сколько воздействуя на эти локальные области. Существенным преимуществом таких методов обработки является возможность воздействовать на дефектные области, не затрагивая окружающий материал и не изменяя его свойства. Таким образом, из всего многообразия методов обработки особый интерес представляют способы воздействия, обеспечивающие возможность эффективного избирательного управления состоянием дефектов.