Нині важко уявити світовий науково-технічний прогрес без використання органічних матеріалів (а саме – функціональних полімерів і композицій на їх основі). Особливо це стосується інформаційних та енергоощадних технологій, серед яких: запис, зберігання й передача інформації (електрографія, голографія, магнітооптика, оптоволоконні системи передачі інформації); відтворення інформації (оптичні дисплеї, перетворювачі звукових сигналів); фотоелектричні перетворювачі сонячної енергії (сонячні батареї). Напрацювання нових технічних рішень зі вказаного напряму потребує пошуку нових речовин із заданими властивостями й дослідження цих властивостей. Такі роботи проводяться вченими Інституту органічної хімії НАН України (науковим колективом під керівництвом завідувача відділу кольору та будови органічних сполук цього інституту члена-кореспондента НАН України Олександра Олександровича Іщенка) й Київського національного університету імені Тараса Шевченка (групою вчених під керівництвом провідного наукового співробітника хімічного факультету цього вищого навчального закладу доктора фізико-математичних наук Миколи Олександровича Давиденка). Результати співпраці зазначених наукових колективів спрямовані, зокрема, на підвищення рівня безпеки життєдіяльності.
 Експозиція Інституту органічної хімії НАН України в рамках ІХ Міжнародної виставки LABComplEX. Аналітика. Лабораторія. Біотехнології. HI-TECH та VII Міжнародної виставки обладнання та технологій для фармацевтичної промисловості PHARMATechExpo (18 жовтня 2016 р.). На фото (зліва направо: член-кореспондент НАН України О.О. Іщенко й учені хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка – провідний інженер В.О. Павлов і провідний науковий співробітник доктор фізико-математичних наук М.О. Давиденко)
|
Для убезпечення (фізичного, екологічного) людського існування необхідно використовувати надійні транспортні засоби й інші матеріальні об’єкти. Останні, як правило, повністю або частково складаються з металевих конструкцій, елементи яких мають характеризуватися високою якістю. Проте як при виготовленні, так і в процесі експлуатації об’єкта може відбуватися її зниження. Крім однорідних і неоднорідних дефектів, у металевих конструкціях чи деталях (залізничних рельсах, турбінах, корпусах автомобілів, кораблів, літаків і ракет тощо) можуть виникати залишкові напруження (наприклад, у результаті зварювання або експлуатації). Значні залишкові напруження, що при додаткових навантаженнях можуть спричиняти досягнення межі плинності матеріалу, у більшості випадків стають причиною техногенних аварій і катастроф. Тому здійснення контролю якості (особливо неруйнівний) та визначення залишкових напружень є нагальною потребою для вирішення основного вищезгаданого завдання.
Одним із численних методів неруйнівного контролю якості є метод голографічної інтерферометрії, суть якого полягає у порівнянні стану поверхні досліджуваного об’єкта до і після створення в ньому незначного навантаження. Нерівномірності в зображенні оптичної інтерферограми, одержаної при випробуванні того чи іншого об’єкта, дають змогу виявити наявні в ньому дефекти. Крім того, метод голографічної інтерферометрії використовується також із метою визначення залишкових напружень.
Для реєстрування оптичних голограм учені Інституту органічної хімії НАН України та Київського національного університету імені Тараса Шевченка розробили реверсивні голографічні середовища на основі плівок полімерних композитів із органічними барвниками й електронні пристрої керування їх роботою. Ці плівки мають фотонапівпровідникові властивості завдяки наявності в них донорних і/або акцепторних фрагментів полімерних ланок, що забезпечують дірчасту й/або електронну провідність. Внутрішній фотоефект і селективність фоточутливості на довжині хвилі використовуваного лазера задається шляхом спеціального підбору органічного барвника, який входить до складу полімерного композиту. Створення полімерних композитів із високою фотопровідністю й низькою електропровідністю є окремою науково-технічною задачею, успішно вирішеною завдяки співпраці науковців Академії й Університету.
Розроблене дослідниками голографічне середовище використовується при застосуванні фототермопластичного засобу запису та призначене для багаторазового запису голограм у пристроях і системах голографічної інтерферометрії, неруйнівного контролю якості, визначення залишкових напружень у вузлах і деталях металевих конструкцій. Це середовище відрізняється від наразі відомих (наприклад, фотопластинок із фоточутливими емульсіями) тим, що не потребує «мокрого» проявлення й захисту від зовнішнього паразитного освітлення. Для керування роботою цього голографічного середовища вчені створили електронний блок управління.
 На фото: ліворуч – автомобіль до випробування на вібростенді, оснащеному голографічною установкою з імпульсним лазером; праворуч – одержана методом двох експозицій інтерферограма автомобіля, розташованого на ввімкненому вібростенді
|
Використання розробленого реєструвального середовища в методі голографічної інтерферометрії представлено на прикладі випробування автомобіля на вібраційному стенді та зображення його інтерферограми на цьому стенді, отриманої методом двох експозицій під час випробування. Для отримання результатів випробувань науковці спочатку записували голограму автомобіля, опроміненого першим імпульсом лазера. А далі – вмикали вібраційний механізм, що призводить до появи в деталях автомобіля змінних механічних напружень, і при опроміненні другим імпульсом лазера в реєструвальному середовищі записували нову голограму. Після проявлення голограм та їх відновлення було отримано інтерферограму, на якій інтерференційні смуги (чорні і світлі) відображають різницю у стані поверхні автомобіля до і після створення механічних навантажень. Смуги в деяких місцях зображення інтерферограми автомобіля (кузов, двері, вікна, колеса та інші) є неоднорідними чи навіть розірваними, що свідчить про наявність у таких місцях значних відхилень певної ділянки поверхні від сусідніх ділянок. А це, у свою чергу, виявляє погану жорсткість корпусу в цих місцях і наявність у них ризику руйнування в процесі експлуатації виробу.
 На фото:ліворуч – інтерферограма сопла ракетного двигуна без дефектів, праворуч - інтерферограма сопла ракетного двигуна з дефектом розширеного каналу
|
Ще одним прикладом практичного використання реєструвальних середовищ у голографічній інтерферометрії для неруйнівного контролю якості є визначення дефектів у металевих об’єктах при порівнянні стану їх поверхні до і після незначного нагрівання. Так, досліджуючи якість газових та рідинних двигунів, учені одержали інтерферограми сопла рідинного ракетного двигуна без дефектів і з дефектами. Спершу було записано голограму сопла при кімнатній температурі. Далі його рівномірно нагрівали, обдуваючи теплим повітрям. При нагріванні матеріал об’єкта досліджень неодмінно розширюється і вся поверхня зміщується відносно свого початкового положення. Різниця у стані поверхні після і до нагріву відображається у інтерференційних смугах (темних і світлих) на фотографії. Якщо переміщення поверхні є рівномірним, то інтерференційні смуги також будуть рівномірними. Однак за наявності в об’єкті дефектів поверхні чи навіть внутрішніх дефектів теплове розширення матеріалу в дефектних місцях відрізнятиметься від розширення на сусідніх ділянках, оскільки з’являються додаткові механічні складові сил, які заважають вільному переміщенню матеріалу. При цьому в таких місцях інтерференційні смуги повинні мати неоднорідні викривлення, а часом – і розриви. На одержаній ученими інтерферограмі сопла ракетного двигуна з дефектом розширеного каналу можна помітити неоднорідні інтерференційні смуги (із розривами) в центральній частині фотографії. Отже, досліджуваний ракетний двигун не може бути використаний через високу ймовірність руйнування в процесі його експлуатації.
Таким чином, створені українськими науковцями ефективні системи, що ґрунтуються на голографічних реєструвальних середовищах на основі полімерів і органічних барвників, дають змогу вирішувати численні нагальні практичні задачі різного характеру, застосовуючи метод неруйнівного контролю якості та визначення залишкових напружень у матеріальних об’єктах.
Розробку захищено патентами України № 100823 (2013), № 100824 (2013), № 25251 (2013).
Контакти розробників
1. Інститут органічної хімії НАН України (Іщенко Олександр Олександрович, Tel. (044) 499 46 04; 050 276 37 03; e-mail: al.al.ishchenko@gmail.com).
2. Київський національний університет імені Тараса Шевченка (Давиденко Микола Олександрович; Tel. (044) 239 33 90; e-mail: ndav@univ.kiev.ua).
За інформацією Інституту органічної хімії НАН України