​Модифицирование полимерных материалов (например, полиэтилена) углеродными нанотрубками позволяет увеличить прочность полимера, стойкость к деградации под воздействием солнца и низких температур.

Однако для получения подобных композитов нанотрубки нужно распределить в полиэтилене равномерно, чего сложно добиться из-за их малого размера и высокой склонности к агрегации. Исследователи из лаборатории каталитической полимеризации и лаборатории наноструктурированных углеродных материалов Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН предложили разместить углеродные нанотрубки в составе полиэтилена непосредственно во время его синтеза с помощью титансодержащего катализатора полимеризации.

«На поверхности многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) был закреплен катализатор полимеризации, содержащий хлориды титана. Выбор такой системы определялся тем, что это самый простой и экономически выгодный способ ввести МУНТ в состав полиэтилена. Далее нанотрубки помещали в реактор, где происходила полимеризация этилена и формирование композитного материала», — рассказала научный сотрудник лаборатории наноструктурированных углеродных материалов ИК СО РАН кандидат химических наук  Мария Александровна Казакова.
 
При образовании твердого полиэтилена из расплава образуются кристаллические блоки, связанные друг с другом аморфными молекулами. Чем больше таких кристаллитов, тем выше плотность полимера, и, соответственно, жесткость, прочность материала на разрыв и стойкость к воздействию химических веществ.

Исследование влияния МУНТ на процесс кристаллизации проводилось во время циклов нагрев/охлаждение с помощью рентгенофазового анализа на синхротронном излучении. 
Моделирование роста полиэтилена на поверхности нанотрубок в течение 1500 пикосекунд. Одна пикосекунда  равна  10 в 12 степени секунды 
 
Моделирование роста полиэтилена на поверхности нанотрубок в течение 1500 пикосекунд. 

Рентгенофазовый анализ позволяет установить кристаллические фазы, входящие в состав вещества, используя дифракцию рентгеновских лучей. Их получают с помощью рентгеновских трубок, или источников синхротронного излучения (СИ). Спектр СИ покрывает очень широкий диапазон энергий с крайне высокой интенсивностью. Это дает возможность использовать СИ для детального изучения структур объектов различной природы, в том числе на наноразмерном уровне.
 
«Нам удалось зафиксировать, что нанотрубки выступают в качестве центров кристаллизации молекул полиэтилена. Рост кристаллов инициируется и сначала протекает на поверхности нанотрубки, а затем кристаллиты начинают формироваться и в других частях полимера. Выяснилось, что объем полиэтилена, зарождающийся на нанотрубках, зависит от их содержания в композите и может быть значительным только для материалов с высоким содержанием МУНТ. Также нанотрубки выступают как затравка для ориентации цепи полиэтилена», — пояснила научный сотрудник лаборатории наноструктурированных углеродных материалов ИК СО РАН кандидат химических наук  Мария Александровна Казакова.
 
Результаты, полученные сибирскими химиками, впоследствии могут использоваться для создания целевых продуктов с новыми потребительскими свойствами. Исследователи надеются в ближайшее время перейти к стадии опытно-конструкторских работ.

 

«Наука в Сибири»

Изображение предоставлено исследователями, впервые опубликовано в Composites Science and Technology

Похожие новости

  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    957
  • 20/12/2016

    В ИК СО РАН разработали способ каталитической утилизации осадков сточных вод

    ​В Институте катализа СО РАН впервые разработан метод каталитической утилизации иловых осадков коммунальных сточных вод – одного из наиболее требовательных и сложных в утилизации видов отходов – с одновременной выработкой энергии для местного теплоснабжения.
    1710
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    542
  • 19/09/2017

    Углеводороды будут главными энергоносителями для автомобилей до 2050 года

    ​Углеводороды будут доминировать в качестве энергоносителей для большинства видов транспортных средств как минимум до 2050-х годов. Такой прогноз озвучил на шестом международном энергетическом форуме в Лионе научный руководитель Института катализа Сибирского отделения РАН, лауреат премии "Глобальная энергия-2016" Валентин Пармон.
    930
  • 15/04/2019

    Новосибирские ученые исследуют управление атомами наночастиц для улучшения производства полиэтилена

    ​Ученые Института катализа Сибирского отделения Российской академии наук (РАН) в рамках гранта РНФ (Российский научный фонд) изучат управление атомами наночастиц, что позволит улучшить промышленную технологию получения крупнотоннажных полимеров, в том числе полистирола и полиэтилена, сообщил ТАСС заведующий лабораторией перспективных синхротронных методов исследования Института катализа СО РАН Ян Зубавичус.
    317
  • 14/08/2019

    Новосибирские учёные придумали, как накопить энергию солнца на холодный сезон

    ​Сотрудники Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН создали селективные сорбенты воды для европейской установки SWSHeating, которая будет летом накапливать солнечное тепло для того, чтобы обогревать им здание зимой.
    149
  • 20/02/2017

    Новосибирские ученые предлагают недорогой способ утилизации отходов канализации

    ​Утилизировать отходы сточных вод с помощью катализаторов предложили новосибирские ученые. Обычно иловые осадки складируют на специальных полигонах или сжигают с применением песка. Это затратно и неэкологично.
    1558
  • 23/10/2017

    Что нужно для развития химической отрасли

    ​Развитие химической отрасли немыслимо без инноваций, поэтому особое значение приобретает трансфер современных технологий. Еще лет пятнадцать назад в случае необходимости в том или ином продукте о подобной проблеме не задумывались, и нужная продукция просто импортировалась.
    906
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    2316
  • 24/11/2017

    Юрий Аристов: суровый климат России может стать ее конкурентным преимуществом

    ​Альтернативная энергетика подразумевает возможность получать тепло и энергию из того, чего много: где-то хватает солнечных дней, где-то — ветра, а чего предостаточно в Сибири? Правильно, холода. Учёные из Института катализа им.
    1326