Химфак МГУ разработал установку для изучения полимеров на российских синхротронах

Установка совмещает сверхбыструю калориметрию с рентгеновским рассеянием. Её можно переносить между станциями и использовать, в том числе, на СКИФе.

Учёные химического факультета МГУ вместе с зарубежными коллегами создали компактную установку. Она одновременно измеряет тепловые эффекты и наноструктуру полимеров при быстром нагреве и охлаждении. Установку можно использовать на российских синхротронах, в том числе на Сибирском кольцевом источнике фотонов (СКИФ). Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (проект № 23-73-30005), опубликовали в Journal of Synchrotron Radiation.

При литье под давлением и экструзии полимер быстро нагревается и охлаждается, и от этого зависит его внутреннее строение. Обычные лабораторные приборы меняют температуру лишь на несколько десятков градусов в минуту, и за это время структура успевает измениться. Новая установка нагревает и охлаждает образец со скоростью до нескольких тысяч градусов в секунду.

Установка объединяет сверхбыструю калориметрию на чипе и малоугловое рассеяние синхротронного рентгеновского излучения. Калориметр фиксирует поглощение и выделение тепла, а рентгеновское рассеяние показывает параметры наноструктуры. Калориметр, оптический микроскоп и система позиционирования собраны в компактный блок, который можно переносить между станциями малоуглового рассеяния без существенной переделки их оборудования.

Установку испытали на станции ID02 Европейского центра синхротронного излучения ESRF в Гренобле. Для образцов массой около 100 нанограммов получили данные, пригодные для количественного анализа наноструктуры, за несколько миллисекунд.

В качестве модели использовали длинноцепочечный алкан C390H782. При охлаждении его молекулы складываются в тонкие пластинчатые кристаллы толщиной примерно от 9 до 19 нанометров; чем медленнее охлаждали расплав, тем толще были пластинки. При нагреве со скоростью 1000 градусов в секунду средняя толщина пластинок заметно выросла у начала плавления, всего за 15 миллисекунд. Это может отражать как перестройку кристаллов, так и плавление наиболее тонких пластинок.

В работе участвовали исследователи МГУ, Лёвенского католического университета, Сианьского университета Цзяотун, Шеффилдского университета и Института материаловедения в Мюлузе (CNRS, Франция). Соавтор исследования Дмитрий Иванов — заведующий лабораторией на факультете фундаментальной физико-химической инженерии МГУ.

Атомная энергия 2.0