Специалисты НИЯУ МИФИ математически смоделировали процесс внедрения углеродных нанотрубок в полимеры. Как сообщили в пресс-службе программы "Приоритет 2030" Минобрнауки РФ, в рамках которой ведутся исследования, это поможет созданию новых нанокомпозитных материалов с заданными свойствами, которые могут применяться в мембранных технологиях для опреснения воды, фильтрации крови, разделения газов и жидкостей.

"При изготовлении нанокомпозитов с новыми функциональными свойствами наночастицы внедряют в полимеры, чтобы улучшить селективность и проницаемость изготовленных из них мембран или чтобы создать мембраны для решения новых задач. В качестве наночастиц при изготовлении нанокомпозитов лучше всего подходят углеродные нанотрубки. <…> Сотрудники кафедры молекулярной физики НИЯУ МИФИ выполнили численное моделирование таких структур", - отметили в пресс-службе.

Как рассказал доцент кафедры Юрий Еремин, когда в полимер добавляют наночастицы, они начинают формировать связанные между собой структуры - "кластеры". Дальнейшее увеличение концентрации наночастиц приводит к объединению этих кластеров в единый "перколяционный кластер", который равномерно распределен по всему материалу и связывает между собой противоположные грани. Свойства полимеров, например, электропроводность, в этом случае меняются скачкообразно.

Исследователи изучили разные параметры перколяционных кластеров из углеродных нанотрубок и установили, что они значительно меняются при изменении размеров внедренных частиц и линейных размеров матрицы.

"Увеличение длины углеродных нанотрубок приводит к увеличению мощности перколяционного кластера при той же концентрации, а уменьшение толщины матрицы, с одной стороны, приводит к уменьшению концентрации, при которой формируется перколяционный кластер, но с другой стороны приводит к нелинейному уменьшению его мощности, то есть доли матрицы, на которую влияют введенные частицы", - пояснил Еремин.

Полученные результаты, по мнению исследователей, позволяют описать, как нелинейно меняются свойства полученных мембран при увеличении концентрации наночастиц. С помощью выявленных закономерностей ученые планируют предсказывать оптимальную концентрацию углеродных нанотрубок, которую необходимо внедрить в полимер для эффективного улучшения его свойств, таких как электропроводность, прочность, проницаемость.

Подробнее в источнике