Специалисты НИЯУ МИФИ математически смоделировали процесс внедрения углеродных нанотрубок в полимеры. Как сообщили в пресс-службе программы «Приоритет 2030» Минобрнауки РФ, в рамках которой ведутся исследования, это поможет созданию новых нанокомпозитных материалов с заданными свойствами, которые могут применяться в мембранных технологиях для опреснения воды, фильтрации крови, разделения газов и жидкостей.
«При изготовлении нанокомпозитов с новыми функциональными свойствами наночастицы внедряют в полимеры, чтобы улучшить селективность и проницаемость изготовленных из них мембран или чтобы создать мембраны для решения новых задач. В качестве наночастиц при изготовлении нанокомпозитов лучше всего подходят углеродные нанотрубки. <...> Сотрудники кафедры молекулярной физики НИЯУ МИФИ выполнили численное моделирование таких структур», — отметили в пресс-службе.
Как рассказал доцент кафедры Юрий Еремин, когда в полимер добавляют наночастицы, они начинают формировать связанные между собой структуры — «кластеры». Дальнейшее увеличение концентрации наночастиц приводит к объединению этих кластеров в единый «перколяционный кластер», который равномерно распределен по всему материалу и связывает между собой противоположные грани. Свойства полимеров, например, электропроводность, в этом случае меняются скачкообразно.
Исследователи изучили разные параметры перколяционных кластеров из углеродных нанотрубок и установили, что они значительно меняются при изменении размеров внедренных частиц и линейных размеров матрицы.
«Увеличение длины углеродных нанотрубок приводит к увеличению мощности перколяционного кластера при той же концентрации, а уменьшение толщины матрицы, с одной стороны, приводит к уменьшению концентрации, при которой формируется перколяционный кластер, но с другой стороны приводит к нелинейному уменьшению его мощности, то есть доли матрицы, на которую влияют введенные частицы», — пояснил Еремин.
Полученные результаты, по мнению исследователей, позволяют описать, как нелинейно меняются свойства полученных мембран при увеличении концентрации наночастиц. С помощью выявленных закономерностей ученые планируют предсказывать оптимальную концентрацию углеродных нанотрубок, которую необходимо внедрить в полимер для эффективного улучшения его свойств, таких как электропроводность, прочность, проницаемость.
Источник: ТАСС