Полимерные нанокомпозиты. Перспективы и проблемы

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Полимерные композиционные материалы широко используются в различных областях современного промышленного производства, в том числе — основанных на нанотехнологиях, что обусловлено относительной легкостью их переработки в конечные изделия.

Переход к наноразмерным уровням наполнителей позволил существенно улучшить характеристики нанокомпозитов при уменьшении их степени наполнения, а в ряде случаев достичь новых свойств (уменьшение проницаемости по целевым компонентам, повышение оптической прозрачности, самопассивации, огнестойкости), недостижимых с использованием традиционных наполнителей и модификаторов. Тем не менее, нанокомпозиты, в основном, все еще остаются материалами, морфология которых практически не контролируется и остается изотропной, что не позволяет настраивать их на некоторые очень важные применения.

В последнее время появились новые подходы и практические приемы, которые позволяют располагать наночастицы заданной формы и размера в матрице полимера контролируемым способом, не ограничиваясь простейшими случаями изотропного или одномерного распределения.

Установлено, что использование неорганических наночастиц в качестве наполнителей для создания пространственных ограничений для макромолекул и модификации свойств полимерных систем является эффективным при соблюдении следующих условий: (1) наночастицы должны иметь достаточно узкое распределение по размерам и не иметь склонности к агрегированию в полимерной матрице вплоть до высоких степеней наполнения; (2) характерные (линейные) размеры наночастиц и средние расстояния между ними не должны существенно отличаться от радиусов инерции соответствующих матричных полимеров и характерных размеров структурных элементов полимерной системы (большие периоды, размеры кристаллитов, расстояния между узлами сетки зацеплений, и т.д); (3) взаимодействие наночастиц с полимерной матрицей должно быть «оптимальным» для обеспечения как возможности их диспергирования, так и последующей иммобилизации в матрице, исключающей возможность агрегирования при обработке или хранении материала.

При этом сами наночастицы становятся «неотъемлемой» частью полимерной системы, взаимодействие которых с макромолекулами часто похоже на взаимодействие макромолекул различной химической структуры между собой.

В работе анализируются результаты последних работ в области управления морфологией, структурой и свойствами нанокомпозитов в условиях введения контролируемых количеств наночастиц или наномодификаторов.

Обсуждаются вопросы метрологии, эталонирования и мультимасштабного компьютерного моделирования в применении к задачам конструирования полимерных нанокомпозитов функционального и конструкционного назначения.

Отчет о семинаре

2 марта на Химическом факультете прошел научно-образовательный семинар «Перспективные наноматериалы». С докладом «Полимерные нанокомпозиты. Перспективы и проблемы» выступил директор института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН, член-корреспондент РАН Озерин Александр Никифорович.

В своем докладе Александр Никифорович проанализировал результаты последних достижений в области управления морфологией, структурой и свойствами нанокомпозитов в условиях введения контролируемых количеств наночастиц или наномодификаторов. Была продемонстрирована важность вопросов, связанных с метрологией, эталонированием и компьютерным моделированием при конструировании полимерных нанокомпозитов. Выступление вызвало интерес у преподавателей, сотрудников и студентов, после доклада состоялась оживленная дискуссия.