Запатентован способ «заглянуть» внутрь эластомеров, не разрушая их
Исследователи Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН (филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН) предложили и запатентовали оригинальный способ определения структуры подповерхностного слоя нанокомпозитов на основе мягкого эластомерного связующего с твёрдым наполнителем (частицы технического углерода, нанотрубки, детонационные наноалмазы). Способ основан на анализе диссипативных потерь при сканировании атомно-силовым микроскопом (АСМ) в полуконтактном режиме.
Эластомерный материал — полимер, обладающий высокой эластичностью: он способен обратимо деформироваться под нагрузкой (растягиваться, изгибаться, сжиматься) и возвращаться к исходной форме после снятия напряжения. Простыми словами, это резина (натуральная или синтетическая) и материалы на её основе.
Некоторые виды каучуков обладают исключительным свойством — стойкостью к маслам, бензину и другим нефтепродуктам, что делает их пригодными для создания технической резины. Это качество позволяет использовать такие материалы в агрессивных жидких средах. Однако, несмотря на свою эластичность, такой материал имеет и недостатки: низкую прочность на разрыв, износ и истирание.
Слева — поверхность образца бутадиен-нитрильного каучука с частицами технического углерода и многостенными нанотрубками. Справа — обнаруженные при помощи созданного алгоритма подповерхные скопления углеродных частиц
Для повышения прочности материала в него добавляют наноразмерные частицы углерода. Эти частицы создают физические и химические связи с полимерными цепями. В результате материал легче поддаётся формовке и обретает бóльшую прочность и износостойкость. Распределение наночастиц углерода в подповерхностном слое такого материала напрямую влияет на его механические свойства.
В отличие от известных ранее методов, заявленный способ позволяет преобразовать карту сдвига фазы колебаний кантилевера (чувствительной иглы микроскопа) относительно колебаний основания в количественную карту глубины залегания твёрдых частиц под поверхностью образца.
Заведующий лабораторией микромеханики структурно-неоднородных сред ИМСС УрО РАН, доктор физико-математических наук Александр Львович Свистков: «Разработанный способ позволяет определить расположение наночастиц в приповерхностном слое (до десятков нанометров) без разрушения образца, что критически важно для контроля качества наномодифицированных эластомеров. Объекты, незаметные на обычных топографических картах, надёжно выявляются на фазовых изображениях с последующей количественной обработкой».
Младший научный сотрудник ИМСС УрО РАН Роман Игоревич Изюмов: «Мы отработали наш метод на тестовых образцах бутадиен-нитрильного каучука с частицами технического углерода и многостенными нанотрубками. Предложенный способ позволил выявить скопления пучков нанотрубок в приповерхностном слое, которые не различались на стандартных картах рельефа поверхности».
Изобретение прошло полную экспертизу Роспатента. Установлено его соответствие условиям патентоспособности (новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость), а также достаточность раскрытия сущности для осуществления. Принято решение о выдаче патента. Электронный охранный документ будет доступен в государственном реестре после регистрации.
Работа выполнена в рамках крупного научного проекта, финансируемого Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2024-535 от 23 апреля 2024 г.).
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.
