Научная группа: Группа синтеза нанокомпозитов с полимерной матрицей и исследования их свойств

 


Область деятельности
Наноматериалы
Химия высокомолекулярных соединений

Научные интересы
Синтез, структура и свойства полимерных нанокомпозитов.

Научный коллектив
Волынский Александр Львович, зав.лабораторией, член-корреспондент, доктор наук

Описание группы

На протяжении многих лет в лаборатории проводятся исследования эффекта Ребиндера в полимерах. В указанных работах были установлены фундаментальные особенности этого явления, позволяющие использовать его в качестве нового универсального метода получения нанокомпозитов с полимерной матрицей.

В основе этого подхода лежит (как и в случае классического эффекта Ребиндера) деформация полимеров в жидких адсорбционно-активных средах (ААС). В этих условиях в полимере, в отличие от его деформации на воздухе, самопроизвольно возникает и развивается система взаимосвязанных микроскопических пор нанометрового размера (1-10нм), пронизывающих весь объем деформируемого полимера и непрерывно заполняемых окружающей жидкостью (т.н. крейзинг полимера). При дальнейшем развитии деформации происходит коллапс возникшей структуры и закрытие (схлопывание) образовавшихся нанопустот. При коллапсе происходит частичный механический захват жидкости, заполнившей микропустоты. Если в качестве такой жидкости использовать раствор любой низкомолекулярной добавки в ААС, то при коллапсе структуры происходит выделение (синерезис) жидкости в окружающее пространство и механический захват (запечатывание) указанной добавки в виде наноразмерного включения. Важно отметить, что в этих условиях полимер диспергируется на агрегаты макромолекул, имеющие наноразмеры, разделенные в пространстве микропустотами, также имеющими размеры порядка единиц – десятка нанометров. Таким образом, деформация полимеров в адсорбционно-активных жидких средах является универсальным способом взаимного диспергирования полимера и низкомолекулярного вещества до наноразмеров, другими словами, универсальным методом получения нанокомпозита.

В самом общем виде создание нанокомпозита предусматривает следующие стадии. Во-первых, необходимо измельчить, по крайней мере, один из компонентов такого композита до наноразмеров. Во-вторых, необходимо перемешать компоненты системы до получения однородной смеси. И, наконец, необходимо каким-либо способом застабилизировать полученную систему от ее самопроизвольного распада на исходные компоненты ввиду их термодинамической несовместимости. Все три отмеченные выше процедуры являются достаточно сложными физико-химическими задачами, и для их реализации приходится преодолевать значительные трудности. Крейзинг полимеров в жидких средах, впервые открытый и подробно изученный в работах сотрудников лаборатории структуры полимеров, позволяет легко решить все три сформулированные выше задачи. Использование крейзинга позволило коллективу лаборатории создать и исследовать большое количество новых видов наноматериалов, таких как пористые полимерные сорбенты, полимерные разделительные мембраны, новые виды полимер-полимерных наносмесей, негорючие и электропроводящие полимерные нанокомпозиты, металлополимеры и ряд других.

Параллельно с указанными исследованиями на протяжении ряда лет в лаборатории проводятся исследования по разработке методов оценки деформационно-прочностных свойств твердых тел в слоях нанометрового диапазона. Разработанный авторами метод такой оценки является универсальным и основан на анализе деформационно-прочностных свойств систем «твердое покрытие на податливом основании» (ТППО).

В качестве модельных систем ТППО использованы полимерные пленки с тонкими твердыми (металлическими, углеродными и пр.) покрытиями. Было установлено, что при деформировании таких систем имеет место некий вид поверхностного структурообразования, легко регистрируемый с помощью прямых микроскопических исследований. Сотрудниками лаборатории установлена фундаментальная количественная связь между прямо измеряемыми параметрами рельефа и свойствами материала покрытия и подложки. Указанная взаимосвязь открывает возможность оценки прочности покрытия в слоях практически любой толщины. Обнаружено, что в области толщин от 15 нм и менее прочность и предел текучести нанесенного металла резко (на порядки) возрастает.

Полученный результат свидетельствует об особом состоянии вещества наноразмерного диапазона. Предлагаемый подход является универсальным и позволяет проводить количественную оценку деформационно-прочностных свойств твердых тел в условиях, когда такая оценка затруднительна или вообще невозможна.

Уникальное оборудование

- Лабораторная установка для вытяжки полимерных пленок и волокон в непрерывном режиме
- Просвечивающий электронный микроскоп ”LEO 912AB OMEGA, фирма Цейсс

Обычное оборудование

- Динамометр “Instron -1122”
- ИК-спектрофотометр “Specord M-80”
- Рентгеновский дифрактометр URD-6
- Сканирующий электронный микроскоп “Hitachi S-520”
- Термоанализатор "Metttler TA-4000”
- УФ-спектрофотометр “Specord M-40”

Уникальные методики

Метод получения нанопористых полимерных матриц (пленок и волокон) путем вытяжки полимеров в жидких средах и синтез нанокомпозитов на их основе , а также новый метод оценки деформационно-прочностных свойств твердых тел в слоях нанометрового диапазона.

Наиболее значимые публикации

Название: Крейзинг в жидких средах - основа для создания уникального метода модификации полимеров.

Автор(ы): А.Л.Волынский, А.Е.Микушев, Л.М.Ярышева, Н.Ф.Бакеев.
Название издания: Рос. хим. журн. (ЖВХО им. Д.И.Менделеева)
Том: 49
Номер: 6
Год выпуска: 2005
Страницы: 118 -

Название: Новый подход к оценке механических свойств твердых тел экстремально малых и экстремально больших размеров.

Автор(ы): А.Л.Волынский, Л.М.Ярышева, С.В. Моисеева, С.Л.Баженов, Н.Ф.Бакеев.
Название издания: Рос. хим. журн. (ЖВХО им. Д.И.Менделеева)
Том: 50
Номер: 5

Контактная информация
Телефон +7 495 939-55-09
Факс +7 495 939-11-82

Источник информации: Сайт нанотехнологического сообщества "Нанометр"