Первый метод полностью компьютерного проектирования новых полимерных композитов предложили ученые Ярославского государственного технического университета (ЯГТУ). Разработка, по словам авторов, позволит резко сократить затраты на создание новых материалов с уникальными свойствами для машиностроения и других отраслей. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

Полимеры – эластичные вещества, широко применяемые из-за способности резко менять свойства под действием небольшого объема реагентов. Химически полимер представляет собой огромную цепную макромолекулу.

По словам ученых, сегодня композиционные материалы на основе разнообразных полимеров вытесняют традиционные металлы в машиностроении, медицинских технологиях и многих других сферах. Однако проектирование новых полимерных композитов при этом ведется без использования компьютерного моделирования – то есть фактически методом проб и ошибок, что приводит к большим потерям времени и ресурсов.

Спрогнозировать свойства композита из полимеров, учитывая его структуру, состав и технологию изготовления, крайне непросто, объяснили специалисты ЯГТУ. По их словам, им впервые удалось создать физико-математическую модель для полноценного компьютерного расчета характеристик такого материала.

«Характерные временные масштабы атомно-молекулярных процессов, которые надо учесть, чтобы спрогнозировать свойства материала, составляют пикосекунды, то есть тысячные доли наносекунды. А срок эксплуатации детали из полимерного композита исчисляется годами. То есть если принять время одного атомного взаимодействия за один земной год, то время, которое нам нужно охватить при моделировании, будет на десять порядков больше, чем жизнь Вселенной», – рассказал профессор Института цифровых систем ЯГТУ Михаил Соловьев.

Для решения подобных проблем в физике применяют метод так называемого многомасштабного моделирования, объяснили ученые. Он позволяет эффективно описывать столь длительные процессы, комбинируя несколько физических моделей.

Согласно подходу ученых ЯГТУ создание полимерных композитов можно описать, скомбинировав три теории: квантовая механика описывает структуру атомов и молекул, классическая механика Ньютона – динамику диффузионных процессов, а механика сплошной среды Эйлера и Лагранжа – свойства всего изделия.

В дальнейшем научный коллектив намерен применить созданный метод для разработки покрытий из полимерных композитов с уникальными свойствами для космической отрасли и биотехнологий.