Tejidos ultrarresistentes de un milímetro de espesor, plásticos infinitamente reciclables, compuestos regenerativos y oro con propiedades plásticas. Los científicos de materiales buscan constantemente maneras de mejorar los materiales existentes o inventar otros nuevos con propiedades aún mejores. Estos avances de vanguardia se aplican en todas las industrias, desde implantes dentales y lentes de contacto hasta la fabricación de aeronaves. Un papel fundamental en esta ciencia reside en la comprensión precisa e integral de las propiedades de los materiales: dureza, elasticidad, resistencia al rayado, coeficiente de restitución, resistencia a la fisuración y otros indicadores.
Los estudiantes de la Universidad de Minería de San Petersburgo aprenden a realizar esta investigación como parte del programa de competencia profesional adicional "Habilidades y experiencia prácticas en el monitoreo de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales mediante el sistema Nanoscan 4D".
El curso tiene una duración de 72 horas y está diseñado para estudiantes de Ingeniería de Instrumentación, Ciencia de Materiales e Ingeniería Mecánica. Durante la formación se utiliza el nanodurómetro Nanoscan 4D Plus, que permite evaluar una amplia gama de propiedades de los materiales mediante indentación instrumental. Puede utilizarse para examinar recubrimientos monocapa y multicapa, películas poliméricas y aleaciones multifásicas, polímeros blandos y espumados, pinturas y barnices, e incluso componentes aeroespaciales.
- "En nuestras clases, abarcamos el ciclo completo de operación básica de los dispositivos: configuración, calibración y pruebas, incluyendo la selección de la carga óptima para un material específico y la determinación de sus propiedades físicas y mecánicas. Estudiamos no solo los procedimientos de medición, sino también los principios físicos fundamentales que sustentan los métodos de medición y el funcionamiento del sistema de medición. Asimismo, analizamos los procedimientos de prueba: qué parámetros del ciclo de medición se utilizan para diferentes materiales y cómo la temperatura y las condiciones de medición influyen en los resultados", explica Kirill Doronin, profesor y estudiante de posgrado del Departamento de Metrología, Instrumentación y Gestión de la Calidad.
Los estudiantes demuestran el procedimiento de prueba. Primero, se deben ingresar correctamente los datos iniciales: carga, tiempo de exposición y otros parámetros. Luego, la muestra, colocada sobre la mesa de trabajo bajo el microscopio, se traslada a la unidad de medición, donde el instrumento realiza automáticamente todas las mediciones. Se han instalado cámaras en el interior, lo que permite la monitorización remota del proceso. Los resultados iniciales se obtienen en 10-15 minutos. Cuantas más mediciones se requieran, mayor será el tiempo necesario. Posteriormente, todos los datos se procesan automáticamente en una computadora personal, con la capacidad de registrar gráficos y generar informes con los resultados.
- Actualmente realizamos mediciones de indentación con una fuerza específica y obtenemos una huella de una profundidad determinada. Utilizando la carga aplicada y la profundidad de penetración del indentador, construimos una gráfica que determina la dureza y el módulo elástico del material. Nuestro objetivo es dominar el funcionamiento de este sistema de medición, comprender sus principios operativos y los métodos empleados, las técnicas subyacentes y las leyes físicas que rigen las mediciones, comenta Maria Gritsenko, estudiante de segundo año del Departamento de Metrología, Instrumentación y Gestión de la Calidad.
- NanoScan 4D se utiliza activamente en nuestro departamento, incluso para nuestros proyectos de tesis. Por lo tanto, ya en nuestro segundo año, podemos hacernos una idea de cómo funciona este dispositivo. Ya hemos empezado a trazar los gráficos que nos mostraron en las clases teóricas. Es muy interesante observar el proceso y probar a manejar el sistema nosotros mismos, añade su compañero Dmitry Mironov.
La ciencia de los materiales en general, y el control de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales en particular, es un campo muy prometedor y en constante crecimiento, un campo aún por explorar donde persisten muchos problemas sin resolver, señalan los expertos. Por ello, los estudiantes también participan en actividades de investigación de forma paralela.
- Colaboramos con diversos departamentos universitarios, que nos proporcionan muestras de materiales para su análisis. También estudiamos las propiedades de nuevos materiales. Suelen ser recubrimientos y capas modificadas, o nuevas aleaciones, como aceros estructurales con composiciones novedosas y aleaciones especiales, explica Kirill Doronin.
Las habilidades adquiridas al completar el DPK serán útiles tanto en el trabajo en centros de investigación como en la producción.
- La medición de los cambios en las propiedades de los materiales es un método para detectar defectos y evaluar la calidad, aplicable a diversos materiales y situaciones. Por ejemplo, la prueba de resistencia de las uniones de tuberías de polietileno. Si medimos la dureza de la tubería y la de la soldadura y estos valores coinciden, significa que la unión es de alta calidad y no causará problemas de funcionamiento. Valores significativamente diferentes pueden indicar problemas durante el funcionamiento posterior, explica Dmitry Mironov.
Los jóvenes también adquieren habilidades prácticas en el manejo de equipos de laboratorio complejos, para los que a menudo faltan directrices y métodos estandarizados.
- "Esto es especialmente relevante dado que sus futuras actividades profesionales se centrarán en la creación de dispositivos similares, así como en el desarrollo de instrucciones y métodos para su uso", concluye Doronin.
En total, la Universidad de Minería de San Petersburgo de la Emperatriz Catalina II ofrece 425 programas de competencias profesionales adicionales y 61 programas de formación profesional. Estos programas abarcan competencias tanto de ingeniería como digitales, teniendo en cuenta la implementación de soluciones digitales en las industrias tradicionales. A lo largo de sus estudios, los estudiantes dominan al menos ocho competencias profesionales adicionales y obtienen al menos dos programas de formación profesional. Esto les permite no solo adquirir conocimientos fundamentales en su campo principal, sino también convertirse en especialistas muy demandados con una amplia gama de habilidades aplicadas.
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