Команда ученых Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» в партнерстве с Институтом катализа Г.К. Борескова СО РАН представила значимый прорыв в области материаловедения и радиолокационной техники. Они создали инновационный композит на базе ультразвуковой модификации полиэтилена с помощью многослойных углеродных нанотрубок, что позволило сделать материал высокоэффективным по диэлектрическим показателям и поразительно износостойким. Этот результат представляет новаторский шаг в обеспечении защиты радиолокационного оборудования, открывая новые горизонты применения для современных полимерных материалов.
Преобразование привычного материала сибирскими учеными
Полиэтилен с необычайно длинными молекулярными цепочками—сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ)—уже давно зарекомендовал себя прочностью и стойкостью в самых различных сферах: от медицины до тяжелой техники. Благодаря уникальной структуре этот полимер успешно выдерживает удары, влажность, низкие температуры, агрессивные среды и даже интенсивные механические нагрузки. Однако, несмотря на впечатляющий набор качеств, ему не хватало тех диэлектрических свойств, которые необходимы для специализированных задач в радиолокации.
Эту задачу и взялись решать исследователи. Специалисты из Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» и Института катализа Г.К. Борескова СО РАН реализовали идею создания композита, в основу которого лег СВМПЭ, дополненный инновационным компонентом — углеродными нанотрубками. Последние позволили радикально изменить диэлектрические параметры материала, а также существенно увеличить его способность противостоять износу и механическим повреждениям. Теперь полученное покрытие эффективно защищает оборудование даже от экстремальных физических воздействий и неблагоприятной среды.
Секреты новой технологии: ультразвук и нанотрубки
Ключом к успеху стала не только добавка нанотрубок, но и особый способ их включения в полимерную матрицу. Чтобы равномерно распределить наномасштабные элементы, ученые применили ультразвуковую обработку раствора компонентов вместе с растворителем. Такое воздействие обеспечило рассеивание нанотрубок на микроскопическом уровне без их агломерации, что стало критически важным для сохранения и даже улучшения исходных характеристик полиэтилена.
После тщательной перемешивания ультразвуком и удаления растворителя материал подвергался прессованию. Так получался композит с максимально однородной структурой, что в итоге давало резкое повышение как износоустойчивости, так и нужных диэлектрических характеристик. Важно, что именно процесс ультразвуковой обработки обнаружил еще одну неочевидную грань: полимер, обработанный по этой технологии даже без нанотрубок, становился заметно прочнее и долговечнее, чем исходный материал.
Преимущества материала от команды Ильи Маркевича
Один из ведущих участников проекта, Илья Маркевич, отметил: выбранный СВМПЭ и без того обладает лучшими показателями по износостойкости и прочности среди полимеров, нередко превосходя фторопласт и тефлон. Именно поэтому идея придать этому замечательному материалу дополнительные радиоэлектронные функции выглядела столь заманчиво для представленных целей.
С помощью многослойных углеродных нанотрубок удалось подобрать необходимую диэлектрическую проницаемость и минимальные потери при прохождении радиосигнала. Это делает материал идеальным кандидатом для использования в покрытиях радиолокационных систем: он пропускает нужные частоты радиоволн, а остальные подавляет, что способствует эффективной работе оборудования даже в самых сложных условиях.
Ожидания полностью оправдались: диэлектрическая проницаемость достигла заданных уровней, увеличение износостойкости составило до 40% относительно обычного полиэтилена.
Ультразвук как способ совершенствования структуры полимера
В процессе работы выяснилось, что именно ультразвук в момент синтеза критически влияет на преобразование молекулярной структуры полиэтилена. Ученые воспроизвели эксперимент, создав новый материал с аналогичной обработкой, но без введения нанокомпонентов, и обнаружили: полимер становится более плотным и устойчивым к истиранию благодаря реорганизации его внутренней структуры под действием энергии ультразвука. Тем самым открылись перспективы развития новых методов повышения эксплуатационных характеристик известных полимеров даже в отсутствие нанодобавок.
Широкие горизонты применения
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен традиционно применяют во множестве областей — его используют для создания защитных покрытий для спортивного инвентаря (лыж, сноубордов), катков и различных промышленных сооружений. Также из него делают бронежилеты, каски, и даже сложные медицинские имплантаты, такие как суставные протезы. В повседневной жизни он встречается в виде долговечных разделочных досок или деталей оборудования для пищевой промышленности.
Теперь, благодаря новым разработкам ученых, сферу применения СВМПЭ пополнило высокотехнологичное и столь актуальное направление — защита радиолокационного оборудования. Новое композитное покрытие обеспечивает оборудование одновременной защитой от ударов, попадания пуль и отрицательных погодных явлений, гарантируя высокую стабильность и надежность при использовании.
Перспективы развития и оптимизма
Инновационная технология, созданная специалистами из Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» и Института катализа Г.К. Борескова СО РАН, демонстрирует перспективность российских научных школ в области материаловедения. Это решение способно не только укрепить радиолокационную отрасль, но и найти применение в других направлениях — от космоса до военно-промышленного комплекса и гражданских инфраструктур. Уникальное сочетание физических, механических и электрических свойств открывает огромный потенциал для интеграции этих материалов в современные технологии.
Работа коллектива, включающего экспертов вроде Ильи Маркевича, подтверждает высокий уровень отечественной науки и ориентирована на создание защищенных, эффективных и долгоживущих решений. Такие достижения внушают оптимизм и уверенность в завтрашнем дне, показывая, что российская наука обладает необходимыми компетенциями для внедрения самых передовых инноваций.
Источник: scientificrussia.ru
