Создан новый тип полимера с исключительными тепловыми и механическими свойствами

Как сообщают авторы изобретения и заметки в последнем номере Nature Nanotechnology, новый нанокомпозит может использоваться везде – от самолетостроения до конструирования солнечных батарей и спортивного оборудования. Американские ученые из Северо-Западного университета (Northwestern University) и Принстона (Princeton University) сделали его, добавив в уже существующий полимерный материал тончайшие слои графена, углеродной пленки толщиной в один атом. Сейчас уже известно, что графен электропроводен, термически стабилен и прозрачен. Это уникальное вещество было открыто только в 2004 году, и с тех пор разные лаборатории мира, пытаясь получить монослой углерода, идут разными путями, в Принстоне для получения графена расслаивают жесткий графит. И добавление тонкого графенового листика, составляющего лишь 0.05% основного материала, изменяет температуру термической стабильности композита на 30 градусов. Добавление графена в количестве 0.01% повышает прочность такого нанокомпозитного полимера на 33%. Предполагается, что столь значительные изменения во всем материале при добавлении ничтожных количеств графена могут быть обусловлены проникновением наночастиц углеродного вещества через сетевую структуру пор, образовавшуюся в полимере.

Повышение прочности композитных полимерных материалов с помощью наноструктур – уже не новость. Как сообщает российский портал Нанометр, в прошлом году в одной из китайских лабораторий этот эффект был достигнут благодаря углеродным нанотрубкам в количестве менее одной десятой процента. Но такой же нанокомпозитный полимер на основе того же полиметилметакрилата с графеном сделать проще и дешевле. Композитные полимеры как новая парадигма в науке о материалах были предсказаны еще в 60-е годы прошлого века. Сейчас от таких материалов ждут прочности, многофункциональности, но и низкого содержания нанонаполнителей, последнее обстоятельство, в том числе и в связи с высокой стоимостью соответствующих наночастиц, является существенным препятствием для получения желаемых легких композитов на полимерных волокнах. Как пишут авторы заметки в Nature Nanotechnology, полученный композит с графеновыми включениями, является отличным примером взаимодействия полимера и наночастиц. На языке специалистов это называется « хорошее сопряжение между поверхностью наночастицы и полимерной матрицей», именно оно обеспечивает эффективную передачу нагрузки от полимерного материала наноструктуре и, в конечном счете, приводит к повышению прочностных характеристик композита. В случае с графеном повысилась и термическая стабильность. Кроме того графеновые слои по своей природе блокируют влагу и газы, не допуская их нежелательного проникновения в композитный материал.