В МГУ создали установку для изучения полимеров на российских синхротронных установках

Ученые химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, совместно с зарубежными коллегами, разработали компактную установку, предназначенную для одновременного исследования термических характеристик и наноструктуры полимеров. Это устройство может быть использовано на российских синхротронах, таких как Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ). Об этом пишет портал ТАСС.

Данное решение позволит ускорить процесс создания полимерных материалов с заданными свойствами и оптимизацию режимов их переработки, уверены авторы.

По словам Дмитрия Иванова, заведующего лабораторией факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ, разработанная установка открывает новые возможности для применения российских синхротронов, включая СКИФ, в решении как фундаментальных, так и прикладных задач в области материаловедения. Он отметил, что структура полимеров может значительно изменяться за тысячные доли секунды, и одновременная регистрация тепловых эффектов и структурных изменений позволит лучше понять механизмы кристаллизации и плавления, а также установить связь между условиями переработки и строением материала.

При таких процессах, как литье под давлением и экструзия, полимерный материал быстро нагревается и охлаждается. В таких условиях молекулярные цепи формируют и перестраивают кристаллические области, которые определяют внутреннюю структуру готового изделия. Для установления связи между температурным режимом и формируемой структурой необходимо одновременно измерять тепловые эффекты и наблюдать за изменениями на нанометровом уровне. Однако традиционные лабораторные устройства часто позволяют нагревать и охлаждать образцы лишь на несколько десятков градусов в минуту, что может привести к значительным изменениям структуры полимера.

Авторы исследования решили эту проблему, объединив сверхбыструю калориметрию на чипе с малоугловым рассеиванием синхротронного рентгеновского излучения. Калориметр фиксирует поглощение или выделение тепла, а рентгеновское рассеяние позволяет определять параметры наноструктуры. Миниатюрный сенсор обеспечивает нагревание и охлаждение со скоростью до нескольких тысяч градусов в секунду. Синхронная запись двух сигналов демонстрирует, какие структурные изменения происходят во время тепловых переходов.

Ключевым преимуществом данного решения для российских исследовательских центров является его модульная конструкция, позволяющая использовать установку в экспериментах на СКИФе и других синхротронных установках без значительных переделок.

Работоспособность установки была проверена на станции ID02 Европейского центра синхротронного излучения ESRF в Гренобле. Исследователи смогли обеспечить точное совмещение миниатюрного образца с рентгеновским пучком и снизить фоновое рассеяние. Для образцов весом около 100 нанограммов удалось получить данные, пригодные для количественного анализа наноструктуры, за несколько миллисекунд.

В исследовании также принимали участие специалисты Левенского католического университета (Бельгия), Сианьского университета Цзяотун (Китай), Шеффилдского университета (Великобритания) и Института материаловедения в Мюлузе (Франция). Результаты работы, поддержанной Российским научным фондом, опубликованы в журнале Journal of Synchrotron Radiation.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX