Пористые наночастицы хитозана помогут в создании «умных жидкостей»

Сотрудники лаборатории полимерных материалов Курчатовского института создали принципиально новый наполнитель для электрореологических жидкостей. Суспензия на основе полидиметилсилоксана и пористых наночастиц хитозана оказалась способна переходить из жидкого состояния в твердое под действием электрического поля. У подобных «умных жидкостей» множество применений: амортизаторы, «мышцы» роботов, клапаны, различные устройства для виброзащиты. Работа опубликована в журнале Carbohydrate Polymers.

Возможность создания таких жидкостей была открыта еще в 1947 году американцем Уиллисом Уинслоу. Он обнаружил, что если смешать диэлектрическую жидкость (например, масло) с измельченным наполнителем, то данная смесь становится гелем при пропускании электрического тока и ведет себя как жидкость при его отсутствии. Под действием электрического поля частицы наполнителя поляризуются и образуют структуры, влияющие на характеристики смеси. Меняя наполнитель — в этой роли может выступать множество веществ, от фуллеренов до муки и крахмала, — варьируя размер его частиц и, что немаловажно, структуру, можно влиять на поведение электрореологических жидкостей.

Авторы нынешнего исследования предложили использовать высокопористые частицы хитозана в качестве наполнителя. Для получения частиц полимер растворяли в уксусной кислоте и распыляли над жидким азотом, замороженные капельки переносили в емкость, охлажденную до –24 °С, после чего капли подвергали сублимационной сушке. В результате образовались высокопористые округлые частицы, структура которых внешне несколько напоминает шарики из сухих завтраков.

«Формирование пористой структуры происходит за счет кристаллизации растворителя в процессе заморозки. После сушки остается исключительно полимерный каркас, прочность которого также можно изменять за счет концентрации полимера в исходном растворе», — рассказал один из авторов работы, научный сотрудник отдела нанобиоматериалов и структур НИЦ «Курчатовский институт» Юрий Загоскин.

В качестве основы для электрореологической жидкости использовали низкомолекулярный полимер полидиметилсилоксан. Благодаря высокой пористости, смесь проявляла электрореологические свойства при крайне низких концентрациях наполнителя. Помимо экономической выгоды, низкое содержание частиц приводит к более контрастному изменению свойств: без электрического поля жидкость имеет низкую вязкость, а при воздействии переходит в «твердое» состояние.

«Высокая пористость позволяет молекулам среды проникать внутрь частиц. Таким образом, наполнитель работает как фрагмент заранее сформированной сетки по сравнению с традиционными наполнителями, состоящими из индивидуальных частиц», — пояснил один из авторов работы, научный сотрудник отдела нанобиоматериалов и структур НИЦ «Курчатовский институт» Никита Кузнецов.

Также структура наполнителя оказалась эффективна и в борьбе с «ахиллесовой пятой» электрореологических жидкостей — осаждением. Смесь оставалась стабильной на протяжении не менее месяца. Кроме того, высокопористая структура частиц хитозана открывает возможности для их дальнейшей модификации: например, в порах могут быть размещены ионы металлов или полярные молекулы, влияющие на диэлектрические характеристики наполнителя, что приведет к еще более высокой электрореологической активности.

Обсудите с коллегами

19.10

Письма на заметку. Собаки. Отцы. Искусство

PRO SCIENCE
19.10

Жители горных деревень на севере Индии не подозревали, что лук, который они едят, является неизвестным науке видом

PRO SCIENCE
19.10

Планетологи считают, что на Венере никогда не было океанов

PRO SCIENCE
19.10

Противовирусный препарат помог мышам с мышечной дистрофией

PRO SCIENCE
18.10

Патриотизм снизу. «Как такое возможно, чтобы люди жили так бедно в богатой стране?»

PRO SCIENCE
18.10

Сфокусированный ультразвук помогает лекарствам проникнуть в мозг

PRO SCIENCE
Водоросли и панцири креветок пригодились для нового кровоостанавливающего материала Водоросли и панцири креветок пригодились для нового кровоостанавливающего материала Хитозан — вещество XXI века Хитозан — вещество XXI века
Водоросли и панцири креветок пригодились для нового кровоостанавливающего материала