Уральские ученые запатентовали способ, позволяющий «заглянуть» внутрь эластомеров, не разрушая их

Исследователи Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН (ИМСС УрО РАН, филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН) предложили и запатентовали оригинальный способ определения структуры подповерхностного слоя нанокомпозитов на основе мягкого эластомерного связующего с твердым наполнителем.

Эластомеры – это полимеры, обладающие высокой эластичностью. К ним, в частности, относится резина (натуральная или синтетическая) и материалы на ее основе. Такие материалы способны обратимо деформироваться под нагрузкой (растягиваться, изгибаться, сжиматься) и возвращаться к исходной форме после снятия напряжения.

Некоторые виды каучуков обладают исключительным свойством – стойкостью к маслам, бензину и другим нефтепродуктам, что делает их пригодными для создания технической резины. Это качество позволяет использовать такие материалы в агрессивных жидких средах. Однако, несмотря на свою эластичность, такой материал имеет и недостатки: низкую прочность на разрыв, износ и истирание.

Для повышения прочности материала в него добавляют наноразмерные частицы углерода. Эти частицы создают физические и химические связи с полимерными цепями. В результате материал легче поддается формовке и обретает бóльшую прочность и износостойкость. Распределение наночастиц углерода в подповерхностном слое такого материала напрямую влияет на его механические свойства.

«Разработанный способ позволяет определить расположение наночастиц в приповерхностном слое (до десятков нанометров) без разрушения образца, что критически важно для контроля качества наномодифицированных эластомеров. Способ основан на анализе диссипативных потерь при сканировании атомно-силовым микроскопом (АСМ) в полуконтактном режиме. Объекты, незаметные на обычных топографических картах, надежно выявляются на фазовых изображениях с последующей количественной обработкой», — рассказал один из разработчиков, заведующий лабораторией микромеханики структурно-неоднородных сред ИМСС УрО РАН, доктор физико-математических наук Александр Свистков.

В отличие от известных методов, заявленный способ позволяет преобразовать карту сдвига фазы колебаний кантилевера (чувствительной иглы микроскопа) относительно колебаний основания в количественную карту глубины залегания твердых частиц под поверхностью образца.

«Мы отработали наш метод на тестовых образцах бутадиен-нитрильного каучука с частицами технического углерода и многостенными нанотрубками. Предложенный способ позволил выявить скопления пучков нанотрубок в приповерхностном слое, которые не различались на стандартных картах рельефа поверхности», — добавил еще один автор разработки, младший научный сотрудник ИМСС УрО РАН Роман Изюмов.

Работа выполнена в рамках крупного научного проекта «Фундаментальная механика в новых материалах, конструкциях, технологиях», финансируемого Минобрнауки России.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации