Исследователи Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова разработали компактную установку для изучения полимеров с использованием синхротронного излучения. Устройство позволяет одновременно измерять тепловые эффекты и наблюдать за изменениями внутренней структуры материалов. В перспективе его можно будет применять на российских научных комплексах, в том числе на Сибирском кольцевом источнике фотонов (СКИФ). Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе МГУ.
Новая технология поможет ученым лучше понимать, как формируются свойства полимеров при производстве, и подбирать оптимальные условия их обработки.
«Разработанная нами установка позволит использовать возможности российских синхротронов, включая СКИФ, для решения фундаментальных и прикладных задач науки о материалах. При исследовании полимеров такой инструмент необходим, поскольку их структура может существенно изменяться за тысячные доли секунды. Одновременная регистрация тепловых эффектов и структурных изменений поможет раскрыть механизмы кристаллизации и плавления, установить связь между условиями переработки и строением материала», — отмечает соавтор исследования Дмитрий Иванов, заведующий лабораторией факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Во время экструзии, литья под давлением и других производственных процессов полимеры подвергаются быстрому нагреванию и охлаждению. При этом молекулярные цепи перестраиваются, образуя кристаллические участки, от которых зависит структура конечного изделия. Чтобы выяснить, как температурные условия влияют на этот процесс, необходимо фиксировать тепловые изменения и одновременно исследовать материал на нанометровом уровне.
Однако стандартное лабораторное оборудование не всегда позволяет достаточно быстро менять температуру образца. Пока происходит нагрев или охлаждение, структура полимера может измениться, из-за чего исследователям сложнее установить точную последовательность происходящих процессов.
«Авторы решили эту задачу, объединив сверхбыструю калориметрию на чипе с малоугловым рассеянием синхротронного рентгеновского излучения. Калориметр регистрирует 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 показывает, какие структурные изменения сопровождают наблюдаемые тепловые переходы», — сообщили в пресс-службе университета.
Для использования на российских синхротронах разработчики предусмотрели модульную конструкцию. Благодаря этому оборудование можно адаптировать к экспериментам на СКИФе и других подобных комплексах без существенной переделки.
Первое испытание установки прошло на станции ID02 Европейского центра синхротронного излучения ESRF в Гренобле. Ученым удалось точно расположить миниатюрный образец относительно рентгеновского пучка и уменьшить влияние фонового рассеяния. По данным МГУ, исследование образцов массой около 100 нанограммов позволило получить результаты, пригодные для количественного анализа наноструктуры, всего за несколько миллисекунд.
В проекте участвовали специалисты Левенского католического университета в Бельгии, Сианьского университета Цзяотун в Китае, Шеффилдского университета в Великобритании и Института материаловедения в Мюлузе во Франции. Исследование получило поддержку Российского научного фонда, а его результаты опубликованы в журнале Journal of Synchrotron Radiation.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
