Сколтех — новый технологический университет, созданный в 2011 году в Москве командой российских и зарубежных профессоров с мировым именем. Здесь преподают действующие ученые, студентам дана свобода в выборе дисциплин, обучение включает работу над собственным исследовательским проектом, стажировку в индустрии, предпринимательскую подготовку и постоянное нахождение в международной среде.

Ученые Сколтеха сделали новый шаг на пути к внедрению углеродных нанокомпозитов в промышленные приложения

Группа исследователей из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам (CDMM) опубликовала результаты исследования, посвященного изучению многофункциональных материалов, получаемых путем добавления углеродных наночастиц к полимерным матрицам. Исследованный учеными новый недорогой метод предназначен для самодиагностики материалов.

Исследование, первым автором которого является аспирант Сколтеха Хассаан Ахмад Батт из исследовательской группы под руководством профессора Сергея Абаимова, опубликовано в журнале Composite Structures. Оно является составной частью проекта, включающего несколько этапов и нацеленного на получение материалов с самодиагностикой, которые можно внедрять и изготавливать, используя существующие технологические процессы.

Carbon-nanocomposite after finishing the molding process. The sample will be tested for piezoresistive response after minor finishing touches. These materials can be shaped into almost any size and form. Image was taken in the Laboratory of Micro and Nano Mechanics, CDMM.

Углеродный нанокомпозит после окончания процесса формования. Таким материалам можно придать практически любой размер и форму. Credit: Skoltech, CDMM

Во всем мире требования к свойствам полимерных композитов растут с каждым годом. Особое внимание в последнее время уделяется углеродным наночастицам, которые можно вводить в системы композиционных материалов. Проведенные в этом направлении исследования показали, что добавление относительно небольших количеств таких частиц может способствовать улучшению механических свойств конечного материала при одновременном достижении электропроводности и пьезорезистивности. Однако организация полномасштабного производства материалов с использованием углеродных наночастиц является непростой задачей, требующей коренной модернизации технологических процессов и оборудования.

«Именно по этой причине мы решили использовать концентраты, а также доступные и недорогие производственные технологии. Хранение, транспортировка и внедрение концентратов в технологические процессы серийного производства не требуют проведения дорогостоящей модернизации существующих мощностей, а обычный смеситель имеется практически на любом предприятии, где производят термореактивные полимеры», – отмечает Хассаан.

CNT-nanocomposites being tested for piezoresistive response in an Intron 5969 Universal Testing Systems under tensile load. The values of resistance change as increasing tensile load is applied which allow the material to send a self-report as to its condition. The silver lines are conductive contacts and the white speckles are used by the LIMESS digital image correlation (DIC) system to calculate strain values. Image was taken in the Laboratory of Mechanical Testing, CDMM.

Композиты из углеродных нанотрубок тестируются на пьезорезистивный эффект в системе Intron 5969 при растягивающей нагрузке. Значения сопротивления изменяются при увеличении растягивающей нагрузки, что позволяет материалу отправлять отчет о своем состоянии. Серебряные линии представляют собой проводящие контакты, а белые крапинки используются для расчета значений деформации.Credit: Skoltech, CDMM

В ходе исследования ученые проследили, как меняется электропроводность полимерных матриц при добавлении углеродных наночастиц, а также проанализировали влияние механических нагрузок на электропроводность, возможность контроля за электропроводностью и ее связь с деформацией материала. Эта задача решается при помощи универсальных измерительных приборов и не требует использования сложных методов контроля.

Такие материалы, способные сами выполнять измерения, могут в перспективе прийти на смену датчикам в авиационных конструкциях и других системах, для которых критическим параметром является вес. Кроме того, используя одни и те же материалы и технологические процессы, можно производить электропроводящие материалы для самых разных приложений – от электросхем и электромагнитных экранов до специальных датчиков температуры и влажности. Концепция производства материала не ограничена одной технологией и допускает использование разных технологий, например, таких как пултрузия и вакуумная инфузия.

«Современные материалы находят применение в самых разных областях – от авиации и космоса до специализированных датчиков. Уникальность этих материалов заключается в том, что их можно масштабировать как до целых конструкций, так и, наоборот, до отдельных миниатюрных датчиков», – добавляет Хассаан.

 

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook0Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK