В МГУ создали установку для изучения полимеров на синхротронах
Ученые химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, совместно с зарубежными коллегами, разработали компактную установку, предназначенную для одновременного изучения термических свойств и наноструктуры полимеров. Это оборудование может использоваться на российских синхротронах, таких как Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ). Об этом сообщает сайт ТАСС.
Данная разработка позволит ускорить процесс создания полимерных материалов с заданными характеристиками и оптимизировать режимы их переработки, считают авторы.
"Созданная установка даст возможность применять ресурсы российских синхротронов, включая СКИФ, для решения как фундаментальных, так и прикладных задач в области науки о материалах. При исследовании полимеров такой инструмент особенно важен, так как их структура может значительно изменяться за тысячные доли секунды. Одновременная регистрация тепловых эффектов и структурных изменений поможет понять механизмы кристаллизации и плавления, а также установить связь между условиями переработки и строением материала", - отметил соавтор исследования Дмитрий Иванов, заведующий лабораторией факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ.
При переработке полимеров, например, при литье под давлением или экструзии, материал быстро нагревается и охлаждается. В таких условиях молекулярные цепи формируют и перестраивают кристаллические области, что влияет на внутреннее строение готового изделия. Чтобы установить связь между температурным режимом и формирующейся структурой, необходимо одновременно измерять тепловые эффекты и наблюдать за изменениями на нанометровом уровне. Однако обычные лабораторные устройства часто могут нагревать и охлаждать образец лишь на несколько десятков градусов в минуту, что может привести к значительным изменениям исходной структуры полимера.
"Мы решили эту задачу, объединив сверхбыструю калориметрию на чипе с малоугловым рассеиванием синхротронного рентгеновского излучения. Калориметр фиксирует 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 демонстрирует, какие структурные изменения происходят во время наблюдаемых тепловых переходов", - добавили в пресс-службе университета.
Ключевым преимуществом этого решения для российских исследовательских центров является модульная конструкция, позволяющая использовать установку в экспериментах на СКИФе и других синхротронах без значительных переделок.
"Работоспособность установки была проверена на станции ID02 Европейского центра синхротронного излучения ESRF в Гренобле. Исследователи смогли точно совместить миниатюрный образец с рентгеновским пучком и снизить фоновое рассеяние. Для образцов массой около 100 нанограммов удалось получить данные, пригодные для количественного анализа наноструктуры, всего за несколько миллисекунд", - сообщили в МГУ.
В исследовании также участвовали 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.
