Учёные Сколтеха запатентовали новую технологию контроля материалов на основе однослойных углеродных нанотрубок. Разработка позволяет в реальном времени отслеживать состояние как современных, так и перспективных полимерных композитов, превосходя аналоги по универсальности и точности. Это открывает путь к созданию «умных» деталей со встроенной функцией самодиагностики.
Секрет технологии кроется в особых свойствах волокон из однослойных углеродных нанотрубок. Эти структуры, как высокоточные сенсоры, улавливают малейшие изменения внутри полимерного композита, включая колебания в количестве и расположении добавок.
«Упорядоченные волокнообразные структуры из однослойных углеродных нанотрубок обладают высокой чувствительностью к изменениям в полимерном материале. Они также неожиданно чувствительны к концентрациям и дисперсии различных видов добавок в полимере. Мы разработали эту технологию, опираясь на свойства таких волокон, и теперь можем точно определять концентрацию диспергированных частиц, изменения материала в процессе производства, а также его деформацию и повреждение на этапе эксплуатации готового изделия», — рассказал научный сотрудник Хассан Ахмад Батт.
Этот подход встроенного контроля снимает ключевое ограничение в материаловедении. Традиционные способы, такие как мониторинг с помощью упорядоченных пленок или равномерных дисперсий, зачастую недостаточно универсальны для работы со сложными современными композитами.
«Волокна из углеродных нанотрубок в данном случае превосходят существующие альтернативы, такие как упорядоченные пленки или гомогенные дисперсии, которые неспособны обеспечить многофункциональность, требуемую современными и перспективными композитами. Представленная технология позволяет получать информацию как в процессе изготовления контролируемого материала, так и в готовом изделии при его реальном использовании, без необходимости извлечения самих сенсоров. При этом свойства контролируемого материала не ухудшаются, а присутствие сенсора остается практически «невидимым». Это открывает совершенно новое направление в технологии встроенных датчиков», — рассказал доцент Дмитрий Красников.
«Лаборатория наноматериалов продолжает транслировать наши исследования из лаборатории в промышленные, жизнеспособные технологические решения. Технология, разработанная здесь, основана на материалах, спроектированных, синтезированных и произведенных исключительно в стенах Сколтеха, и является частью более широкого портфеля многофункциональных материалов, над которыми мы работаем для наших промышленных партнеров. Самодиагностика, нагрев и самовосстановление — это лишь некоторые из направлений, которые мы развиваем с помощью однослойных углеродных нанотрубок и их структур», — прокомментировал директор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и руководитель Лаборатории наноматериалов профессор Альберт Насибулин.