Композиционные материалы - изобретение древнее. Так, инки при изготовлении керамики использовали растительные волокна, евреи во времена египетского рабства добавляли для крепости в кирпичи солому. А вот современные композиты, кажется, уже и не мыслятся без наполнителей, содержащих префикс нано. Но пока в этой области вопросов больше, чем ответов. Почему при переходе на нанометровый размер эффект от введения наполнителя принципиально отличается от того, который достигался на микроуровне? Как бороться с тем, что резко возрастает уровень поверхностной энергии наночастиц, и их агрегирование становится термодинамически выгодным процессом? И можно ли всё-таки добиться сохранения изначальных размеров нанонаполнителя в полимерной матрице?
Ответить утвердительно на последний вопрос учёным из Института синтетических полимерных материалов им. Н.С.Ениколопова РАН позволил проект "Синтез и управление молекулярными параметрами сверхразветвлённых кремнийсодержащих полимеров и полимерные нанокомпозиты на их основе".
Главное, чтобы костюмчик сидел
"Задел для реализации этого проекта начал создаваться лет двадцать назад, когда в институте стали развиваться направления, связанные с изучением молекулярных наночастиц силоксановых и карбосилановых дендримеров, - рассказывает заведующий лабораторией синтеза элементоорганических полимеров Азиз Музафаров. - Натренировавшись на дендримерах и сверхразветвлённых полимерах, мы спортивного интереса ради перешли к кремнезёмным системам, перенося методы полимерной и элементоорганической химии на неорганические объекты. А когда неорганические сверхразветвлённые полимеры были получены, стало очевидно, что они представляют интерес с точки зрения использования в качестве наполнителя с настраиваемыми свойствами".
В рамках проекта учёные придумали, как не дать наполнителю в полимерной матрице "собраться в кучу" и тем самым испортить эксплуатационные характеристики материала. "Что толку брать наночастицу, если в образце она будет образовывать агрегаты, которые только "испортят" свойства полимера матрицы? Для сохранения изначальных размеров нанонаполнителя нужно было преодолеть агрегирование", - рассказывает г-н Музафаров.
Для "преодоления" молекулярную наночастицу (заметим, с одной стороны частицу, с другой - всё ещё макромолекулу; в этой двойственности заложены основные резервы по управлению свойствами этих объектов) одели в своеобразный маскхалат.
"Фактически эта одежда маскирует наночастицу под полимерную матрицу, которая признаёт её за свою и практически не отторгает, - объясняет Азиз Музафаров. - Главная идея проекта как раз и заключалась в демонстрации того, что введение наночастицы в полимерную матрицу в неагрегированном состоянии возможно. Данное направление имеет весомую фундаментальную составляющую - с помощью этого подхода мы пытаемся понять, как они (частица и матрица) взаимодействуют друг с другом".
Когда процесс важнее результата
Пока эксперименты учёных показывают: стоит лишь немного увеличить размер вводимых в матрицу частиц, они моментально начинают агрегировать, хотя одеты в тот же самый "костюм". Азиз Музафаров убеждён, что понять, почему это происходит, гораздо важнее, чем получить быстрый практический результат: "Во время исследовательского процесса учатся молодые ребята. Им приходится не только осваивать современные методы работы (рентген, хроматографию, спектроскопию), но и шевелить мозгами: когда частицы из одной фракции ведут себя так, а взятые из соседней - иначе, вопрос "а почему?" возникает неизбежно".
Справка STRF.ru:
Дендримеры относятся к классу полимерных соединений, молекулы которых имеют большое число разветвлений (рис.1). При их получении c каждым элементарным актом роста молекулы количество разветвлений увеличивается. В результате с увеличением молекулярной массы таких соединений изменяются форма и жёсткость молекул, что, как правило, сопровождается изменением физико-химических свойств дендримеров, таких как характеристическая вязкость, растворимость, плотность и другое.
По-настоящему перспективы применения данной разработки раскроются по мере того, как будут решаться основные фундаментальные проблемы в данной области. "Какая была эйфория, когда из газа (этилена) получили полимер - полиэтилен. На первых порах из этого полимера научились делать пластиковые пакеты, а лет через 50 - пуленепробиваемые жилеты. Так по мере эволюции фундаментальных знаний о предмете развиваются практические применения: первые вещи появляются довольно быстро (пакеты можно делать!), но только когда вы дойдёте до понимания того, что это за материал, что влияет на его свойства, вы сможете вывести его в мир во всём блеске", - полагает Азиз Музафаров.
23.04.2009
www.strf.ru
