Российские учёные создали магнитные полимерные нанокомпозиты

Сегодня в материаловедении стремительно развивается новая область, изучающая «умные» материалы (от англ. smart materials) — объекты со свойствами одной природы, которые меняются в зависимости от внешних воздействий совершенно другой природы. Одним из способов создания таких «умных» материалов является изготовление композитных структур, каждая компонента из которых сочетает в себе одно или несколько «умных» свойств. Один из таких новых материалов разработали учёные Балтийского федерального университета им. И. Канта (Калининград, Россия), они создали новые полимерные нанокомпозиты с улучшенными свойствами.

Полимерные композиты содержат усиливающие элементы (волокна, пластины) с различным отношением длины к сечению (что и создаёт усиливающий эффект), погружённые в полимерную матрицу. Нанокомпозиты благодаря своей структуре обладают превосходными физическими и химическими свойствами и могут применяться в самых разных областях, включая производство электроники и новых материалов, в медицине и в экологии, в аэрокосмической и автомобильной отраслях. Их механические характеристики заметно лучше, чем у исходных компонентов, что делает композитные материалы крайне выгодными в производстве.

Полимерные нанокомпозиты, над которыми работают в БФУ им. Канта, сочетают в себе магнитные и электрические свойства, они способны преобразовывать электрическую поляризацию в магнитное поле и наоборот. И хотя некоторые другие материалы демонстрируют лучший магнитоэлектрический эффект, композиты на основе полимеров легче производить и модифицировать.

Такие композиты могут использоваться в самых разных областях. Например, используя их как основу, учёные могут разработать поверхности, которые помогают культивировать различные клетки. В этом случае полимерные композиты служат субстратом, через который можно воздействовать на культуру, используя бесконтактный и контролируемый электрический заряд и морфологические свойства поверхности. Это позволяет моделировать естественные условия в организме. Учитывая потенциал таких материалов, учёные постоянно работают над повышением их эффективности.

Балтийский федеральный университет им. И. Канта создал два новых типа композитов на основе полимеров поливинилиденфторида (ПВДФ) и сополимера на основе ПВДФ с использованием трифторэтилена ПВДФ-ТрФЭ.

Kant baltic federal university
Идея, предложенная физиками БФУ им. И. Канта, основана на создании гибких полимерных структур, которые сочетают в себе два «умных» свойства – магнитоэлектрический и магнитокалорический эффекты. Каждое из свойств имеет ясные практические перспективы, поскольку магнитокалорический эффект, может быть использован для изменения температуры материала за счет включения (выключения) магнитного поля, а магнитоэлектрический — для преобразования магнитной энергии в электрическую и наоборот.

Поливинилиденфторид — материал с широкой сферой применения. В определённой кристаллической фазе он обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые выражаются в возникновении электрической поляризации под механическим воздействием. Разработанные исследователями композиты демонстрируют изменение поляризации как при механическом воздействии, так и под воздействием магнитного поля за счёт включения магнитных наночастиц в структуру полимера.

Команда использовала различные подходы к модификации нанокомпозитов для усиления и контроля магнитоэлектрического отклика. Так, они использовали сополимер на основе пьезоэлектрика поливинилденфторида (PVDF) с особо выраженными пьезоэлектрическими свойствами, затем добавили пьезоэлектрические и магнитные частицы. Учёные обнаружили, что добавление частиц титаната бария (BaTiO3) с концентрацией 5–10% может значительно усилить магнитоэлектрический эффект.

«Мы также показали, что наши композиты биосовместимы, то есть они не наносят вреда живым системам. Это было подтверждено в нашем эксперименте с эмбриональными стволовыми клетками мышей. Этот тип клеток очень чувствителен к условиям культивирования, включая свойства подложки. Дальнейшие исследования будут направлены на усиление магнитоэлектрического эффекта. Это возможно за счёт изменения размера, формы и концентрации частиц в таких композитах», – Катерина Левада, руководитель лаборатории биомедицинских приложений НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения».

Примечательно, что работа была продолжена и выполнена научным коллективом совместно с новыми приглашенными специалистами в рамках программы повышения конкурентоспособности «5-100» и  в коллаборации с научной группой профессора А. Жукова из Universidad del Pais Vasco (Испания) – ведущими специалистами по исследованию магнитных микропроводов.

Карим Амиров, исследователь Лаборатории новых магнитных материалов БФУ им. И. Канта так прокомментировал работу: «Представленные результаты являются продолжением цикла работ по получению и исследованию новых «смарт»-материалов на основе магнитных микропроводов. Магнитные микропровода являются одними из основных объектов исследования нашей группы, по которым накоплен и опубликован большой объем экспериментальных результатов, а также разработаны новые методики их исследования. Первая наша работа по созданию магнитоэлектрических композитов на основе магнитных микропроводов нашла большой интерес у коллег по цеху и нами были продолжены исследования в этом направлении. Полученные композиты представляют собой микропровода на основе сплавов Гейслера, которые упорядоченно встроены в полимерную матрицу пьезоэлектрика поливинилденфторида (PVDF), а его гибкость, биосовместимость и простая технология изготовления являются дополнительным преимуществом на пути их возможных приложений».

Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в научном журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Вас также может заинтересовать:
Во Франции построят завод для бесконечной переработки пластика

Завод по переработке вторичного пластика появится на северо-востоке Франции, в Лонглавиле, где его к 2025 году обязалась открыть французская компания Read more

Мода бороздит просторы Метавселенной

Метавселенная будет разрастаться и привлекать все больше резидентов от бизнеса. Во всяком случае, в модной индустрии рады открывающимся возможностям в Read more

Пять лет, чтобы роботизировать Китай

В Китае принят новый пятилетний план развития робототехники, по завершении которого страна должна стать лидером в этой области и глобальным Read more

KURZ сертифицировал фольгу для текстиля по стандартам OEKO-TEX

Как сообщает журнал «Цифровой текстиль», инновационная фольга LEONHARD KURZ, с помощью которой можно декорировать одежду, обувь и аксессуары, получила сертификат OEKO-TEX, Read more

Регенерируемый нейлон и «галантерейные удобрения»

Цикличность завладевает умами создателей одежды и аксессуаров, вдохновляет на эксперименты, учит осмысливать свое творчество с точки зрения sustainable и использовать Read more

Avery Dennison приобретает компанию TexTrace

Фирменные этикетки со встроенной технологией RFID — это универсальное решение для брендинга продукции, защиты от краж, обеспечения наличия товара, взаимодействия Read more

Toray Industries создала на 100% растительный нейлон

Глобальный лидер в области химического производства Toray Industries готовится представить уникальный продукт - нейлон Ecodear N510 растительного происхождения. Соответствие международным Read more

В Гонконге успешно работает производство Garment-to-Garment

За свой проект мини-фабрики G2G по переработке «одежды в одежду», Гонконгский научно-исследовательский институт текстиля и одежды (HKRITA) удостоился премии Good Read more

Bask научилась «программировать» тепловые свойства одежды

Ведущий в России производитель экипировки для экстремальных видов спорта Bask разработал, внедрил и успешно использует в работе оборудование под названием Read more

DenimFWD и Jeanologia трансформируют американский легпром

Компания Denim Forward из Калифорнии, специализирующаяся на разработке и внедрении передовых технологий в текстильной промышленности, наладила выпуск небольших партий джинсов Read more