Eesti teadlane leidis uue meetodi tulevikumaterjalide analüüsiks

Süsinikkiudkomposiidist tehtud autodetail. Pilt on illustreeriv. Foto: Jonathan Ernst / Reuters / Scanpix

Martin Lintsi väljatöötatud uus meetod võimaldab ülitugevat tulevikumaterjali süsinikkiudkomposiiti uurida ilma seda sisaldavat seadet seiskamata.

Hiljuti kaitses TTÜ küberneetika instituudi teadur Martin Lints doktoritööd «Optimised Signal Processing for Nonlinear Ultrasonic Nondestructive Testing of Complex Materials and Biological Tissues» («Optimeeritud signaalitöötlus mittelineaarsete komplekssete materjalide ja bioloogiliste kudede mittepurustavaks testimiseks ultraheliga»).

Süsinikkiudkomposiit on keeruline mitmekihiline tekstiilmaterjal, mis koosneb kokku liimitud tekstiilikihtidest. Unikaalseks muudab süsinikkiudkomposiidi asjaolu, et oma kerge kaalu juures on tegemist ülitugeva materjaliga. Seega on sellest saamas üha enam nn tulevikumaterjal uutes tööstuses. Praegu kasutatakse seda kosmosetehnikas ja lennukitööstuses, sporditarvete tootmises, autotööstuses (autode kandevkonstruktsioonides, kus kaalu vähendamine tagab hea dünaamika, kuid samas väiksema kütusekulu) ja üha enam ka ehituses (sillakonstruktsioonide ja kandvate hooneosade kandevõime suurendamiseks).

«Süsinikkiudkomposiit on küll kerge ja tugev, kuid oma kihilisuse tõttu võib olla väga vastuvõtlik mehaanilistele välismõjudele (muljumised ja põrutused võivad sellesse tekitada mõrasid, mis mingil hetkel võivad muutuda saatuslikuks), seega vajavad süsinikkiudkomposiidist tooted regulaarset analüüsi,» selgitas Martin Lints.

«Oma töös keskendusin komposiidi materjaliomaduste analüüsile ultraheli spektroskoopiat kasutades. Ultraheli spektroskoopia on hetkel kõige odavam ja samas efektiivsem meetod materjalide omaduste (s.h defektide) uurimiseks, olles kasutusel nii tootmistehnikas kui ka meditsiinilises pilditehnikas. Selle puudusteks (võrreldes kallimate ja keerulisemate meetoditega, nagu röntgenspektroskoopia ja -tomograafia) on piiratud ultraheli lainepikkus ning suur helilainete sumbuvust komposiidis,» lisas Lints.

Ultraheli spektroskoopia meetodit on ühel või teisel viisil kasutatud materjalide analüüsimiseks juba üle sajandi. See liigitub kaheks: seni on enamlevinud lineaarsel lainelevil põhinevad meetodid, kuid viimasel ajal on palju edasi arendatud ka mittelineaarsel lainelevil põhinevaid meetodeid. Viimase eelis seisneb selles, et on võimalik «näha» ka lainepikkusest väiksemaid defekte. Suured lainepikkused läbivad komposiiti paremini, seega «näeme» kaugemale ja sügavamale.

«Doktoritöö käigus arendasime välja hilistunud ajalisel ümberpöördel põhineva mittelineaarse elastsuslaine spektroskoopia meetodi (delayed TR-NEWS), mille eripäraks on laine fookustamisel materjali sisepeegelduse ehk vastu materjali sisepinda põrkuvate helide analüüsi kasutamine. Meetodi tulevikuväljavaatena näeme seda, et toode või seade kontrollib oma detaile n-ö ise. Niisiis pole vaja seadet, olgu selleks lennuk, auto või muu, enam hoolduse ja analüüsi ajaks pidevaks kontrolliks seisata, vaid ta annab ise märku võimaliku defekti tekkest,» kinnitas Martin Lints.

Doktoritöö juhendaja oli professor Andrus Salupere (TTÜ) ja kaasjuhendaja professor Serge Dos Santos (INSA Centre Val de Loire).

Oponendid olid professorid Claes Hedberg (Blekinge Tehnikakõrgkool, Rootsi) ja Patrick Marquié (Burgundia Ülikool, Prantsusmaa).

Doktoritöö on avaldatud raamatukogu digikogus.