Исследовательская группа Университета Гонконга (HKU) разработала новый тип полимерных аэрогелевых материалов с широкими возможностями применения для различных функциональных устройств. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Аэрогели – это легкие материалы с обширными микропорами, которые можно использовать в теплоизоляции, энергетических устройствах, аэрокосмических конструкциях, а также в новых технологиях гибкой электроники. Однако традиционные аэрогели на основе керамики склонны к хрупкости, что ограничивает их применение в несущих конструкциях.
Из-за ограничений, налагаемых их строительными блоками, полимерные аэрогели, созданные в последние годы, были способны достичь высокой механической прочности только за счет снижения их структурной пористости или легкости. Исследователи с инженерного факультета HKU под руководством докторов Лижи Сюй и Юань Линь смогли найти новый подход и успешно создать инновационный тип аэрогелей с использованием самособирающейся сети нановолокон с участием арамидов или даже кевлара – полимерного материала, используемого в пуленепробиваемых жилетах и шлемах.
При создании опытных образцов материала вместо использования кевларовых волокон миллиметрового размера исследовательская группа применила метод обработки раствором для диспергирования арамидов в наноразмерные волокна. Взаимодействия между нановолокнами и поливиниловым спиртом, другим мягким и «клейким» полимером, привели к образованию трехмерной фибриллярной сети с высокой узловой связностью и прочной связью между нановолокнами.
«Это похоже на микроскопическую трехмерную сеть из «балок», и нам удалось прочно сварить эти «балки» вместе, в результате чего получился очень прочный и жесткий материал, который может выдерживать значительные механические нагрузки, превосходя другие аналоги аэрогелей», – пояснил д-р Сюй.
В исследовании также использовано теоретическое моделирование, чтобы объяснить выдающиеся механические характеристики разработанных аэрогелей. Построенные на компьютере множества трехмерных сетевых моделей отразили основные характеристики нанофибриллярных аэрогелей.
«Наше моделирование показало, что узловая связность и прочность связи между волокнами влияют на механическую прочность сети на много порядков даже при том же твердом содержании», – отметил д-р Лин, руководивший теоретическим моделированием.
«Мы не только разработали новый тип полимерных аэрогелей с превосходными механическими свойствами, но и предоставили идеи для конструирования других вариантов нановолокнистых материалов. Простые процессы изготовления аэрогелей по нашей методике позволяют использовать их в различных функциональных целях для создания носимой электроники, материалов со свойствами тепловой невидимости, фильтрующих мембран и других систем», – заключил д-р Сюй.