Новости

28 апреля, 2017 12:45

Полимеры помогли упорядочить наночастицы в слоистых композитах

Источник: Индикатор
Международный коллектив ученых, в состав которого вошли сотрудники ИФХЭ, ИНХС и ИК РАН, при помощи молекулярной теории и компьютерного моделирования описал строение сложных композитов на основе блок-сополимеров и анизотропных наночастиц. Новые результаты позволят в будущем проектировать и синтезировать нанокомпозитные системы для фотовольтаики, литографии и мембранных технологий. Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в The Journal of Chemical Physics.
<
Слои композита из блок-сополимера с включением наностержней, «сфотографированные» в компьютерной модели. Рисунок: Анатолий Березкин

В основе современных нанокомпозитов, как правило, лежат вещества, способные образовывать высокоупорядоченные структуры с определенной геометрией: чередующиеся плоские слои, нити, точечные включения и более сложные комплексы. Материалы на основе блок-сополимеров — полимерных цепочек, сшитых из нескольких блоков с различными свойствами, — привлекают пристальное внимание в этой области. Ведь варьируя состав и соотношение длины блоков в макромолекуле, можно синтезировать богатый набор структур, причем их сборка происходит самопроизвольно, без какого-либо внешнего воздействия.

Отдельный интерес представляют комбинации блок-сополимеров и добавок на основе наночастиц. Некоторые типы этих объектов, например наностержни, могут дополнительно упорядочиваться благодаря своей анизотропной форме. Благодаря этому возможно будет получить новые материалы с необычными свойствами. Теоретически проанализировать такие структуры — особенно сложная задача.

В новой работе российские ученые вместе с коллегами из Германии и Великобритании исследовали композиты, использовав в качестве основного метода мезоскопическое компьютерное моделирование. Этот подход позволяет задать все необходимые параметры исследуемой системы независимо от ее сложности и при этом проанализировать полученные результаты на более глубоком уровне, чем при традиционном эксперименте. Кроме того, исследователи разработали молекулярную теорию, которая предсказывает строение фаз, образованных упорядоченными молекулами блок-сополимера и наностержнями.

Оказалось, что в зависимости от доли наночастиц в системе могут возникать самые разные структуры: от параллельных чередующихся слоев блок-сополимера до разупорядоченных состояний, в которых наностержни образуют самостоятельные включения. При этом, варьируя сродство наночастиц к тем или иным блокам в полимерной цепочке, жесткость частиц и их длину, можно добиваться различной степени ориентации стержней в образующихся слоях. Все это позволяет контролировать структуру нанокомпозита еще на этапе синтеза молекул и частиц, из которых он будет состоять.

По мнению авторов, их работа открывает широкий простор для последующих исследований, как теоретических, так и экспериментальных. В будущем ученые планируют изучить больше частиц и блок-сополимеров, чтобы охватить еще большую часть структур, образующихся в подобных системах.

Теги
СМИ о Фонде, Химия и материалы
29 февраля, 2024
Лишайники будут выделять больше парниковых газов при изменении климата
Красноярские ученые впервые обнаружили, что лишайники, растущие на живых деревьях, при повышении в...
29 февраля, 2024
Как смочить полимер: перспективы пучково-плазменных технологий
Исследователи из МФТИ, ОИВТ РАН и ИБХФ им. Н. М. Эмануэля РАН при учас...
Версия для печати