#полимеры

Американские химики создали вещество, меняющее реакцию полимеров на температурные перепады, что повысило их стойкость к износу и сделало похожими на металлы. Разработка может найти применение в самых разных сферах — от производства смартфонов до ракетостроения.

Коррозия металлов – одна из серьезнейших проблем промышленности всего мира. По оценкам специалистов, на сегодняшний день в глобальном выражении она нанесла ущерб в размере 2,5 триллионов долларов, что составляет около 3,5 процентов мирового ВВП. Сейчас многие предприятия стремятся сократить подобные издержки за счет мер по предотвращению разрушения металлоконструкций. Основной из них является нанесение на поверхность металла защитного органического полимерного покрытия. Однако действующие вещества недостаточно эффективны и подвержены деструкции из-за воздействия окружающей среды (света и кислорода), из-за чего покрытие снова приходиться восстанавливать. Подобный ремонт, удаление дефектного слоя и нанесения нового, считается дорогостоящим и трудоемким процессом, поэтому ведется поиск новых материалов, которые смогут эффективно защищать металл от коррозии. Ученые Пермского Политеха синтезировали новый полимер с эффектом памяти, который сможет самовосстанавливаться после деформаций.

Ученые из Сколтеха улучшили свойства полимера, используемого в 3D-печати. Добавив в фотополимер «хлопья» нитрида бора, исследователи удвоили его теплопроводность, что потенциально может использоваться для отведения тепла от микросхем и предотвращения перегрева устройства.

Коацервация — процесс, при котором полимер из раствора сгущается в маленькие нерастворимые капельки. Этот простой, но эффективный способ работы с полимерами широко распространен. Его применяют при производстве лекарств, соусов и даже жидкости для снятия макияжа. Физики МИЭМ ВШЭ создали теоретическую модель коацервации в растворах полибетаинов, предсказывающую, при каких условиях она пройдет успешно. Результаты позволят химикам эффективнее проводить синтез подходящих для коацервации полимеров.

Физики из МФТИ с коллегами из ОИЯИ (Дубна) и Университета Суонси (Уэльс, Великобритания) впервые пронаблюдали эффект совместного связывания (pancake bonding) в биологическом материале — пигменте эумеланине.

Корреспондент Naked Science поговорил с исследователем из РХТУ имени Д. И. Менделеева* Артемом Атласкиным о современных полимерах, мембранных технологиях для экологичного будущего и необходимости «потрошить» лабораторные приборы.

Напыление полимера на вращающуюся жидкость позволяет получать тонкую отражающую мембрану параболической формы. Для отправки на орбиту такое гибкое зеркало можно свернуть, а уже на месте снова развернуть и восстановить форму, получив большое зеркало для телескопа.

Сегодня при прокладке трубопроводов вместо металлических все чаще используются трубы из полимерных композиционных материалов, таких как стекловолокно. Они обладают рядом преимуществ перед предшественниками: высокой коррозионной стойкостью, низким коэффициентом трения для перекачиваемой жидкости, меньшей массой. Однако их поведение в системе трубопроводного транспорта до конца не изучено. Срок службы полимерно-композиционных труб прогнозируется на основе анализа прочности в условиях статической нагрузки, тогда как в системе трубопровода нагрузка носит динамический характер. Чтобы точно оценивать эксплуатационные характеристики полимерных труб, ученые Пермского Политеха разработали методику, учитывающую различные типы напряжения, которое в них возникает. Полевые испытания предложенной методики уже ведутся на нефтедобывающих предприятиях Пермского края.

Сырая нефть — самый потребляемый и невозобновляемый источник энергии. Однако ее добыча снижается, а спрос на энергию растет. Когда в эксплуатацию вводится новый пласт, давление в нем изначально высокое. С течением времени давление снижается, и тогда нефтяникам приходится использовать методы искусственного подъема — скважинные насосы, газлифты. Критической стадией является та, когда остаточная нефть оказывается в ловушке и не может быть извлечена предыдущими способами. Именно тогда необходима операция по повышению нефтеотдачи, которая заключается в вытеснении нефти другими веществами, например, щелочью, поверхностно-активными веществами и полимерами или их комбинациями. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Казахстана предложили в качестве полимера для увеличения нефтеотдачи пласта использовать органически чистое вещество из сушеной окры — съедобного овоща, который растет в теплом летнем климате и нейтрален по вкусу. Технологию опробовали на сложнопостроенных карбонатных коллекторах казахстанского месторождения.

Ученые из МФТИ с коллегами из Университета Дьюка (США) выяснили, что количество энергии, необходимое для разрыва полимерных сеток, может значительно превышать энергию разрыва ее цепочек. Большая часть этой энергии тратится не на разрыв цепей, а на деформацию древовидной внутренней структуры материала. Обнаруженный механизм позволит создавать более прочные полимерные материалы.

Архитектура свободной формы — новаторское направление, представители которого создают уникальные конструкции с нетривиальной геометрией. Зачастую это здания музеев и отелей, стадионы, выставочные павильоны или университеты, например, Сколтех. На сегодняшний день основной материал для возведения всех этих впечатляющих конструкций с куполами, сводами, арками и причудливыми фасадами — железобетон. Но есть и многообещающая альтернатива — армированные угле- или стекловолокном полимеры. Хотя их производство стоит дороже, они дешевле в обслуживании, поскольку не ржавеют и не нуждаются в покраске. А их легкость и прочность открывают возможности для реализации смелых архитектурных замыслов. Например, можно будет перекрывать большие пролеты без промежуточных опор. Чтобы раскрыть потенциал этих инновационных материалов, необходимо обновить инструментарий для проектирования и моделирования конструкций, так как существующие решения приспособлены к традиционным материалам, в частности к железобетону и стали. Один из аспектов этой задачи решает научный коллектив Лаборатории композитных материалов и структур Центра технологий материалов Сколтеха под руководством доцента Александра Сафонова.

Международная группа ученых, в которую вошли специалисты из России (УрФУ), Саудовской Аравии и Египта, выяснила, что полимолочная кислота в сочетании с триоксидом вольфрама эффективно блокирует гамма-излучение. В перспективе на основе нового материала можно будет создавать безопасные и биоразлагаемые экраны для защиты от низкоэнергетического излучения, полагают исследователи. Такие экраны используют в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности.

Человек от природы не обладал мощными когтями или длинными клыками, поэтому главным его оружием стал мозг. Палка удлинила руки, отесанный камень побеждал зверя. Но у Вселенной нет цели помогать человеку — и лодки из дерева гнили, соломенные хижины годились только для лета, а оружие из подручных материалов имело ограниченную убойную силу. И тогда человек придумал комбинировать доступные материалы между собой. Очень задолго до промышленной революции и научной эпохи родились первые композитные материалы. Как они развивались и есть ли у них будущее при текущем уровне прогресса?

Группа ученых из Сколтеха, Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН и финского Университета Аалто разработала универсальный и простой метод получения нанокомпозитов с углеродными нанотрубками, уплотнив для этого доступный на рынке порошок нанотрубок в брикеты. Полученные с использованием брикетов нанокомпозиты по своим характеристикам не уступают материалам из полимерных концентратов, которые значительно дороже в производстве.

Сотрудники научно-исследовательской лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов и лаборатории нанотехнологий металлургии физико-технического факультета ТГУ разработали новую технологию производства фидстоков с использованием керамических и металлических порошков. Стоимость таковых не превышает импортные аналоги, а свойства изделий из них превосходят свойства продукции, изготовленной непосредственно из сплавов.

Сегодня в авиа- и машиностроении из-за своей прочности и легкости особую популярность приобрели смешанные пакеты полимерных композиционных материалов с титановыми или алюминиевыми сплавами. Но обработка таких многокомпонентных слоистых структур имеет ряд трудностей. При механической обработке довольно вязких титановых сплавов сильно повышается температура и происходит защемление режущего инструмента. В то же время полимерные композиционные материалы чувствительны к нагреву, что вызывает необходимость охлаждения зоны разрезания. Так как титановые сплавы относятся к важнейшим стратегическим конструкционным материалам для летательных аппаратов, создание смазки, повышающей эффективность обработки материала, является актуальной задачей. Жидкие смазочно-охлаждающие средства неприемлемы для этих целей из-за влагопоглощения полимерных композиционных материалов. Для решения этой проблемы ученый Пермского Политеха разработал новый уникальный состав твердой смазки. Отечественная разработка обладает высокими смазывающими и антифрикционными свойствами, а также более эффективна при механической обработке отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов.

При строительстве различных технических конструкций используют антифрикционные покрытия и прослойки. Это тонкий скользящий слой, который позволяет снизить трение между деталями конструкции или с внешними системами и увеличить срок их службы. В качестве покрытия используют полимерные и композиционные материалы, которые обладают повышенной устойчивостью к износу. Широкое применение они нашли в элементах опорных частей мостовых сооружений. От правильного подбора антифрикционного материала зависит надежность и долговечность конструкции. Для упрощения этого процесса ученые Пермского Политеха провели серию численных экспериментов и сравнили деформационное поведение различных антифрикционных покрытий. Использование численных методов уменьшит временные и денежные затраты, а также обеспечит безремонтную работу опорной части мостов.

При возведении подпорных стен и береговых опор мостов в качестве материала для обратной засыпки — заполнения свободного пространства в земле на финальном этапе работы — необходимо использовать водопроницаемые грунты. Чаще всего для этого применяют песок. Он хорошо пропускает воду и не обладает пучинистыми свойствами – не увеличивается в объеме при морозе. Однако песчаный грунт имеет слабое сцепление, он сыпучий, поэтому не может удерживать форму. Это создает сильное давление на ограждающие конструкции. Глинистый грунт обладает хорошим сцеплением, но практически не пропускает воду. Поэтому создание материала, который бы обладал одновременно сцеплением и водопроницаемыми свойствами, — актуальная задача. Так ученые Пермского Политеха исследовали грунт, состоящий из смеси песка и силикона, и определили его прочностные и деформационные характеристики. Результаты эксперимента будут полезны для создания новых материалов, которые можно использовать в строительной практике.

Примерно две трети населения нашей планеты испытывают нехватку питьевой воды разной степени тяжести, не менее полумиллиарда из них проживают в засушливых районах, где чистую воду брать, казалось бы, неоткуда. Ученые и инженеры из Техасского университета (США) разработали недорогое решение, которое буквально за пару долларов позволит извлекать литры живительной влаги даже из сухого пустынного воздуха при помощи сверхгигроскопичных полимерных пленок.

Ежегодно в мире производится около 300 миллионов тонн полимеров, 80 процентов из которых после использования направляются на мусорные полигоны и мусоросжигательные заводы. В процессе разложения полимеров под действием природных факторов или в результате сжигания в атмосферу выделяются опасные для окружающей среды и живых организмов химические соединения. Ученые Пермского политехнического университета создали уникальную технологию, которая позволяет утилизировать пластмассовые отходы с получением дорожно-строительных материалов.