КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-73-00159
НазваниеРазработка и исследование композитов на основе полиимидов, содержащих бинарный нанонаполнитель «оксид металла – наноуглерод»
Руководитель Николаева Александра Леонидовна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Санкт-Петербург
Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов
Ключевые слова полимер-неорганические нанокомпозиты, полиимиды, наночастицы оксидов металлов, наноуглерод, синергетическое действие нанонаполнителей, термостойкость, механические характеристики, электрофизические свойства
Код ГРНТИ31.25.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Создание прикладных композитных материалов на основе полимеров путем введения в них наночастиц находится в центре внимания материаловедческих и физико-химических исследований. Это связано, в первую очередь, с относительной простотой управления функциональными свойствами таких материалов за счет различных нанодобавок. При этом наноразмерные наполнители в этом качестве являются промежуточными по своим характеристикам между индивидуальными молекулами и макроскопической фазой. Это обусловливает особенности универсальных и специфических взаимодействий «нанонаполнитель–матрица» на микроуровне, и как следствие, макроскопических физических свойств полимерных нанокомпозитов.
В настоящем Проекте в качестве матриц для нанокомпозитов предлагаются полимеры конструкционно-технического назначения – термостойкие ароматические полиимиды, которые относятся к классу суперконструкционных термопластов. Эти полимеры уже зарекомендовали себя как отличные материалы в ряде приложений благодаря своей способности сохранять механические и электроизоляционные свойства в широком диапазоне температур (от -200 до +350°С и кратковременно до +400°С). Материалы на основе полиимидов используются при изготовлении деталей в авиа- и машиностроении, электротехнике и электронике. Однако дальнейшее развитие этих областей требует появления материалов с улучшенными целевыми характеристиками, такими как тепло- и термостойкость, прочность, изоляционные свойства и пр., при расширяющемся списке этих характеристик.
В литературных источниках и в работах с участием автора Проекта, продемонстрировано оптимизирующее действие наночастиц, таких как оксиды переходных металлов и наноуглерод на многие физические свойства (термические, механические, электрофизические, оптические и пр.) полиимидных матриц. Однако зачастую введение нанодобавки в концентрации, необходимой для улучшения одной функциональной характеристики материала приводит к ухудшению другой. Так, полиимиды, наполненные оксидом металла, имеют повышенную в сравнении с матрицей термостойкость, но пониженную жесткость; углеродные нановолокна волокна, улучшая механические характеристики этого полимера, могут ухудшать его термостойкость. В этой связи представляется важным установления синергетического влияния нескольких добавок для достижения положительного эффекта не только в отношении одного целевого свойства полимерного материала, но и в расширенном наборе его функциональных свойств.
В последние годы внимание исследователей привлекают новые композитные материалы, в которых полимерная матрица наполнена смесями наночастиц различных типов. Показано, что такие материалы по своей функциональности превосходят и соответствующие полимерные матрицы, и композиты, содержащие только один тип наночастиц. Следует отметить, что в мировой научной литературе по данной проблематике в отношении как ароматических полиимидов в качестве полимерных матриц, так и смесей наночастиц оксида металла с наноуглеродом как бинарных наполнителей, описаны только единичные исследования. Однако имеющиеся в открытом доступе немногочисленные данные говорят об актуальности исследований таких тройных систем и перспективности их использования в различных областях промышленности. Эти обстоятельства дают основания полагать, что систематизация расширенной базы данных о теплофизике, механике и электрофизических свойствах композитных систем на основе полиимидных матриц, допированных бинарным наполнителем «оксид металла-наноуглерод», в сочетании с развитием объяснительной и предсказательной феноменологической картины связи между составом материалов и их свойствами может внести существенный вклад в физическую химию таких систем. В этом и состоит фундаментальная цель проекта. Её реализация откроет новые перспективы физико-технического приложения разрабатываемых материалов.
Ввиду сказанного представляется актуальным и практически важным решить следующие задачи в предлагаемом Проекте:
1) получение и систематизация экспериментальной информации относительно ряда физических свойств систем «полимер (ароматический полиимид) - бинарный нанонаполнитель», в которых последний представлен смесью наночастиц одного из оксидов переходных металлов (ZrO2, ZnO и TiO2) с наноразмерным углеродными наночастицами (углеродными нановолокнами, углеродными нанотрубками);
2) развитие феноменологического описания зависимости комплекса функциональных свойств (термо- и теплостойкость, жесткость, прочность, диэлектрическая проницаемость и пр.) и структуры нанокомпозита от химического состава и структуры полимерной матрицы, природы, размера, морфологии и соотношения нанонаполнителей – в сравнении со свойствами как ненаполненных матриц, так и нанокомпозитов, содержащих только один тип нанонаполнителя;
3) исследование синергетического действия на свойства матрицы со стороны компонентов бинарной нанодобавки;
4) формирование методических принципов дизайна и приготовления функциональных материалов рассматриваемого типа для целевых приложений (в первую очередь, конструкционно-технических).
Анализ литературных данных свидетельствует о том, что обозначенные задачи и их решение представляют предмет научной и прикладной новизны, так как полимерные нанокомпозитные материалы на основе полиимидов, наполненных бинарными смесями «оксид металла-наноуглерод» чрезвычайно мало изучены. По своей актуальности планируемая работа находится в фарватере мировых исследований в области физико-химии и материаловедения полимерных нанокомпозитных систем, так как ее результаты послужат для создания новых материалов с улучшенными функциональными свойствами, способные к стабильной и эффективной работе в условиях эксплуатации.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ