​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

  • 24/11/2017

    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.
    1172
  • 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.
    771
  • 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.
    1415
  • 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.
    781
  • 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.
    2115
  • 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.
    752
  • 11/03/2019

    Исследования новосибирских ученых попали на обложку международного кристаллографического журнала

    ​Публикация посвящена исследованию кристаллических структур двух соединений при варьировании температуры: молекулярной соли и смешанного кристалла в системе β-аланина и DL-винной кислоты, имеющих одинаковый стехиометрический состав 1:1, но различную кристаллическую структуру.
    225
  • 30/03/2016

    Ученые увеличат прочность углеродных композитов, используя нанотрубки

    ​Среди основных достоинств технологии, развиваемой сотрудниками Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН — низкая стоимость получаемых структур и возможность придавать им различные функциональные свойства.
    2002
  • 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.
    1570
  • 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.
    117