Актуальность Современное материаловедение требует создания лёгких, прочных и функционально-гибких материалов для авиастроения, медицины, электроники и упаковки. Традиционные полимеры часто не обладают одновременно высокой прочностью, электропроводностью, термостойкостью. Введение наноразмерных наполнителей (углеродные нанотрубки, графен, наночастицы металлов) позволяет радикально улучшить комплекс свойств при минимальном увеличении массы. Особую значимость проекту придаёт возможность создания «умных» материалов с адаптивными характеристиками (самовосстановление, сенсорные функции). В условиях импортозамещения и развития микроэлектроники, «зелёной» энергетики и биомедицины разработка отечественных многофункциональных полимерных нанокомпозитов является стратегической задачей. Проект отвечает на запрос промышленности в материалах нового поколения, способных работать в экстремальных условиях и обеспечивать дополнительный функционал (например, антистатика, антимикробная активность). Проблема Существующие полимерные композиты с микронными наполнителями часто не могут обеспечить равномерное распределение добавки и требуют высокого содержания (>10–20 мас.%), что ухудшает технологичность и повышает плотность материала. Нанонаполнители, напротив, эффективны уже при 0,1–5%, но их применение сопряжено с тремя основными проблемами: 1) агломерация частиц из-за высоких поверхностных сил, приводящая к дефектам и снижению свойств; 2) слабая адгезия наночастиц с полимерной матрицей, требующая химической модификации поверхности; 3) отсутствие масштабируемых методов получения гомогенных нанокомпозитов с воспроизводимыми характеристиками. Кроме того, большинство исследований сосредоточено на одном-двух свойствах (например, прочность + электропроводность), тогда как реальные приложения (гибкая электроника, защитные покрытия) требуют комбинации: прочность, эластичность, термостойкость, диэлектрическая или проводящая способность, устойчивость к УФ и агрессивным средам. Таким образом, ключевая проблема – отсутствие системного подхода к созданию многофункциональных полимерных нанокомпозитов с контролируемой наноархитектурой и прогнозируемыми свойствами. Цель Разработка и экспериментальное исследование технологических подходов к созданию многофункциональных полимерных нанокомпозитов на основе эластомеров с использованием функционализированных углеродных нанонаполнителей, обладающих одновременно повышенными механическими, электро- и теплофизическими свойствами Задачи 1. Анализ и выбор «полимерная матрица – тип нанонаполнителя» для целевых функций (прочность, электропроводность). 2. Химическая модификация поверхности наночастиц для улучшения совместимости с матрицей. 3. Разработка методов гомогенного диспергирования нанонаполнителя в полимере с использованием ультразвуковой обработки, экструзии или растворного смешения. 4. Изготовление образцов нанокомпозитов с варьируемой концентрацией наполнителя (0,1–5 мас.%). 5. Комплексная характеризация структуры (СЭМ, ПЭМ, РФА) и свойств 6. Выбор и испытание прототипного изделия в модельных условиях эксплуатации. 7. Сравнительный анализ с промышленными аналогами и формулировка рекомендаций по масштабированию. Результат Будет получен лабораторный образец многофункционального полимерного нанокомпозита (в форме пластин) с улучшением ключевых характеристик: повышение прочности на 30–50% по сравнению с исходным полимером, снижение газопроницаемости в 2–5 раз, достижение антистатических свойств (удельное объёмное сопротивление <10⁹ Ом·см). Также будет разработана технологическая карта получения композита с указанием оптимальных параметров смешения и модификации. Для проекта продолжительностью более года (например, двухлетнего) продуктовый результат ближайшего учебного года: экспериментальные образцы с одним типом наполнителя (например, углеволокно и восстановленный оксид графена) и предварительные данные по структуре и механическим свойствам, а также отработанная методика функционализации поверхности наночастиц.<br />Партнёры проекта — ***
