В МГУ разработали установку для изучения полимеров на российских синхротронах

ТАСС

Ученые химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова совместно с зарубежными исследователями создали компактную установку для одновременного изучения термических свойств и наноструктуры полимеров, которая может использоваться на таких российских синхротронах, как Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ). Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

Новое решение ускорит создание полимерных материалов с заданными свойствами и поиск оптимальных режимов их переработки, считают авторы.

"Разработанная нами установка позволит использовать возможности российских синхротронов, включая СКИФ, для решения фундаментальных и прикладных задач науки о материалах. При исследовании полимеров такой инструмент необходим, поскольку их структура может существенно изменяться за тысячные доли секунды. Одновременная регистрация тепловых эффектов и структурных изменений поможет раскрыть механизмы кристаллизации и плавления, установить связь между условиями переработки и строением материала", - отмечает соавтор исследования Дмитрий Иванов, заведующий лабораторией факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

При литье под давлением, экструзии и других способах переработки полимеров материал быстро нагревается и охлаждается. Молекулярные цепи в этих условиях формируют и перестраивают кристаллические области, определяющие внутреннее строение готового изделия. Чтобы установить связь между температурным режимом и формирующейся структурой, необходимо одновременно измерять тепловые эффекты и наблюдать за изменениями материала на нанометровом уровне. Но обычные лабораторные устройства часто позволяют нагревать и охлаждать образец лишь на несколько десятков градусов в минуту. За это время исходная структура полимера может успеть существенно измениться.

"Авторы решили эту задачу, объединив сверхбыструю калориметрию на чипе с малоугловым рассеянием синхротронного рентгеновского излучения. Калориметр регистрирует 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 показывает, какие структурные изменения сопровождают наблюдаемые тепловые переходы", - сообщили в пресс-службе университета.

Испытания на синхротроне во Франции

Ключевое преимущество решения для российских исследовательских центров - в его модульной конструкции, которая позволяет применять установку в экспериментах на СКИФе и других синхротронах без существенной переделки.

"Работоспособность установки уже проверили на станции ID02 Европейского центра синхротронного излучения ESRF в Гренобле. Исследователи обеспечили точное совмещение миниатюрного образца с рентгеновским пучком и снизили фоновое рассеяние. Для образцов массой порядка 100 нанограммов удалось получать данные, пригодные для количественного анализа наноструктуры, за несколько миллисекунд", - сообщили в МГУ.

Вместе с российскими учеными в исследовании приняли 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.