ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

НИОКР

Прочные, упругие и негорючие материалы / 08.05.2008

© Наталия Мазурик

Источник: Наука и технологии России

Автор: Наталия Мазурик

Разработки лаборатории структуры полимерных материалов Института синтетических полимерных материалов (ИСПМ) им. Н.С. Ениколопова РАН без преувеличения можно назвать уникальными. Учёные придают полимерам прочность и упругость стальной проволоки или же делают их практически негорючими. Добиваются этого с помощью похожего на миксер прибора и специальных добавок, содержащих наночастицы, которые определённым образом встраиваются в структуру полимера.

При простом механическом смешивании свойства материалов, как известно, не меняются. Другое дело, если одним из компонентов выступает добавка, содержащая наночастицы. В настоящее время весьма активно изучаются механизмы взаимодействия веществ на наноуровне и разрабатываются технологии создания с помощью наночастиц материалов с недостижимыми ранее свойствами.

Стартовым исследованием в этом направлении стала революционная работа зарубежных учёных, опубликованная в 2003 году, где в качестве модификатора ориентированного полимера использовали одностенные углеродные нанотрубки. Ведущие специалисты всего мира подхватили эту идею, в том числе и учёные Института синтетических полимерных материалов.

Только вместо Блоки питания к ноутбукам нанотрубок они решили использовать наноалмазы и наноалмазную шихту, более доступные и дешёвые по сравнению с нанотрубками. К сегодняшнему времени в активе учёных несколько уникальных технологий модификации свойств полимеров. «Наночастицы открыты не сегодня и не вчера, но только теперь стало можно говорить об их широком практическом применении», — говорит Александр Озерин, директор ИСПМ и заведующий лабораторией структуры полимерных материалов.

Всего один процент наноалмазов

Один из двух проектов ФЦП, соисполнителем которых является лаборатория Александра Озерина, предусматривает создание базовой промышленной технологии синтеза высокочистых детонационных наноалмазов и производства с их использованием нанокомпозиционных полимерных материалов.

Как выяснили специалисты лаборатории, добавив в ориентированный полимер всего 1—2 весовых процента наноалмазов, можно существенно увеличить его прочность и в полтора-два раза повысить его упругость. По этим характеристикам тонкая нить из композита не уступает стальной проволоке, будучи при этом в 7—8 раз легче. Такие материалы — прочные, эластичные, лёгкие — особенно востребованы в авто-, авиа- и ракетостроении, а также в других отраслях промышленности, где требуются надёжные износостойкие элементы.

Метод модифицирования полимеров наноалмазами в институте уже сегодня могут перевести в стадию опытно-конструкторских работ с целью создания конкурентоспособной технологии и её последующей коммерциализации. Особая ценность разрабатываемой технологии в том, что она может быть встроена в действующие схемы переработки полимерных материалов, так что предприятия могут увеличить ассортимент выпускаемой продукции, практически не меняя ни технологический процесс, ни основное оборудование и, соответственно, не привлекая значительных инвестиций в производство новой продукции.

Модификация полимеров

Другая разработка учёных лаборатории структуры полимерных материалов в рамках ФЦП предполагает создание технологии получения износоустойчивых материалов с низкими значениями коэффициентов трения. Модифицированные наночастицами полимеры, как ожидается, будут применяться при изготовлении вкладышей, прокладок и уплотнений деталей, которые работают при высоких температурах и нагрузках, защищая ответственные узлы механизмов от разрушения.

Один из эффективных способов придать полимерам необычный комплекс новых свойств — так называемый крейзинг. Работу в данном направлении в ИСПМ ведёт коллектив, возглавляемый академиком Николаем Бакеевым, совместно с сотрудниками кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ.

Суть технологии крейзинга в том, что полимерное волокно или плёнку подвергают деформации в специальной жидкой среде, где предварительно распределены модифицирующие добавки, свойства которых хотят передать материалу. Деформация материала сопровождается образованием наноразмерных «трещин серебра» — крейзов, которые заполняются жидкостью, содержащей наночастицы. После удаления жидкости и «схлопывания» трещин наночастицы остаются в полимерной матрице, что позволяет наполнять полимеры такими наночастицами, которые с ними несовместимы и не могут быть распределены в них никакими другими способами. Встраиваясь в структуру волокна, наночастицы придают ему дополнительные качества, присущие материалу добавки, при этом основные свойства модифицируемого материала, в том числе его механические характеристики, остаются неизменными или даже улучшаются.

Эта особенность метода крейзинга позволяет учёным создавать огнестойкие или негорючие полимерные композиты с необычными оптическими, магнитными, сорбционными и другими полезными для потребителя свойствами, уникальные мембранные и фильтрующие материалы. Учёным, к примеру, удалось повысить кислородный индекс полимерных волокон (концентрация кислорода, при которой горит вещество) с 21 до 40 единиц — в обычных условиях это практически негорючие материалы, которые могут найти широкое применение в авиа-, кораблестроении, в жилищном строительстве.

Технологии ИСПМ пригодны и для создания эффективных огнестойких и огнезащитных покрытий.

«Если деревянную доску покрыть специальным огнезащитным составом, который мы разработали, она может выдерживать пламя газовой горелки в течение 30 минут, — рассказывает Александр Озерин. — На поверхности дерева образуется коксовая шапка, которая не пропускает огонь и, тем самым, защищает материал».

Ещё одна группа лаборатории структуры полимерных материалов вместе с коллегами из МГУ работает над созданием полимерных нанокомпозитов с радиопоглощающими свойствами. Изготавливаемые из них изделия, например, мобильные телефоны, могут иметь значительно меньший размер и вес.

О коммерциализации и проблемах

Уровень разработок ИСПМ Александр Озерин оценивает как «высокий в нише не очень высокого хай- тека». Являясь институтом академическим, ИСПМ фактически выполняет и функции отраслевого — обслуживает запросы отечественных производителей. И весьма успешно справляется с этой задачей, оказывая реальную помощь промышленности. Заказы от неё, правда, поступают нечасто.

Коммерциализации разработок собственными силами мешает «бесприбыльный» статус института: как и большинство академических структур, ИСПМ не имеет возможностей выпускать опытно-промышленные партии материалов и изделий из них. «Мы создаём только лабораторный, демонстрационный образец. По окончании работ затраты на его создание списываются, то есть фактически он должен быть уничтожен, — сетует Александр Озерин. — В этом его отличие от имеющего реальную стоимость образца опытно-промышленного, собственник или заказчик которого может показывать его на выставках, оформить на его производство лицензионный договор, то есть ввести в хозяйственный оборот и получать прибыль».

Выпуск опытно-промышленных партий материалов и изделий по силам только крупным организациям, располагающим оборотными средствами и большими производственными площадями. ИСПМ, хотя и обладает продвинутыми технологиями, к таковым, к сожалению, не относится. В результате оригинальные и патентоспособные разработки учёных зачастую быстрее замечают за границей, а не в России.

Анонсы событий