Университет ИТМО. Александр Подшивалов

Исследование молодого ученого Университета ИТМО улучшит «рецептуру» композитов

Молодой ученый Университета ИТМО, кандидат химических наук Александр Подшивалов выиграл грант Российского фонда фундаментальных исследований. С помощью термодинамического моделирования ученый исследует, как морфология микро- и наноструктур композиционных биополимерных материалов, которая образуется в процессе их получения, взаимосвязана с их физико-химическими свойствами. Такие исследования позволят в будущем улучшить эксплуатационные характеристики материалов при их промышленном производстве.

Свою заявку на грант Александр Подшивалов подал одновременно с защитой диссертации на соискание степени кандидата химических наук летом прошлого года. Аспирантуру ученый закончил на кафедре информационных технологий топливно-энергетического комплекса, где сейчас и работает научным сотрудником. Грант РФФИ рассчитан на два года. Изначально финансирование выделяется на один год, по завершении которого получатель гранта должен предоставить отчет о проделанной работе, а также опубликовать тезисы своего исследования в цитируемом журнале. После этого финансирование продлевается на второй год. По итогам гранта ученому предстоит опубликовать результаты исследований в научном журнале, индексируемом в Scopus или Web of Science, а также выступить на профильной международной конференции.

Тема грантового исследования молодого ученого — «Термодинамическое моделирование процессов фазового структурирования многокомпонентных полимерных систем». Александр Подшивалов изучает связь между размерами частиц в биополимерных композитных материалах и энергией их образования, а также то, как это влияет на полезные свойства этих материалов.

Оборудование, используемое в исследовании
Оборудование, используемое в исследовании

Исследуемые в рамках гранта композиты являются гетерогенными системами. Часто при микроскопии такой системы четко видны границы раздела фаз компонентов. Компонент с меньшей долей, как правило, распределяется в структуре основного, образуя частицы различных форм и размеров. В процессе приготовления композита такие частицы могут слипаться между собой либо, наоборот, дробиться на более мелкие частицы. Энергия, с которой образуются частицы разных размеров, будет меняться. С помощью специального уравнения можно связать размер частиц с энергией их образования. Изучая данную взаимосвязь, можно определить количество и характер процессов, происходящих при формировании полимерной смеси, и определить влияние этих процессов на физико-химические свойства материала. В таком случае можно увидеть, что с такой-то энергией слипание происходит, а с другой — нет, то есть вычислить соотношение между размером частиц и энергией их образования. При этом метод основан на статистической обработке данных микрофотографий композитов, которые получают с помощью микроскопии объектов.

«Данный метод моделирования позволяет разделить процессы, которые происходят при формировании структуры композитного материала, и проверить, какие параметры влияют на саму структуру материала: соотношение компонентов, условия приготовления, какие-либо свойства компонентов материала», — пояснил получатель гранта РФФИ.

Оценка структуры композитных материалов — популярное направление в науке, но в нем пока не так много сделано, добавил он. В частности, ученые пользуются ограниченным количеством методов, которые позволяют только проанализировать распределение компонентов в композите.

Оборудование, используемое в исследовании
Оборудование, используемое в исследовании

Хотя исследование Александра Подшивалова носит фундаментальный характер, результаты его работы могут отразиться в конкретных рекомендациях по производству композиционных материалов на предприятии.

«Суть гранта не в том, чтобы посмотреть на частицы минорного компонента в композите и сказать, что они обладают энергией и их размеры влияют на что-то. Суть в том, чтобы связать эти характеристики с конкретными эксплуатационными свойствами материала: прочность, эластичность, газопропускание, термические свойства. Например, если оценивать композит полиэтилена, в который добавлено 25% полиамида, то размер частиц и степень их распределения по матрице полиэтилена играют решающую роль в свойствах самого материала. А этот материал используют, например, в качестве упаковки», — привел пример кандидат химических наук.

Он подчеркнул, что не во всех системах размер частиц и энергия их образования влияют на свойства материала. Однако в этом смысл любого исследования: никогда нельзя знать наверняка, что ученый получит по завершении своей работы. В любом случае, всякое исследование должно иметь практическое значение, уверен Александр Подшивалов.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба