Сотрудники лаборатории полимерных материалов Курчатовского института создали принципиально новый наполнитель для электрореологических жидкостей. Работа опубликована в журнале Carbohydrate Polymers.
Электрореологические жидкости – субстанции, способные переходить из жидкого состояния в твердое под действием электрического поля. Возможность их создания была открыта еще в 1947 году американцем Уиллисом Уинслоу. Он обнаружил, что если смешать диэлектрическую жидкость (например, масло) с измельченным наполнителем, то эта смесь при пропускании электрического тока становится гелем, а при его отсутствии – возвращается в жидкое состояние. Под действием электрического поля частицы наполнителя поляризуются и образуют структуры, влияющие на характеристики смеси. Используя разные наполнители, можно влиять на свойства смеси, добиваясь нужных параметров. Сегодня у таких "умных жидкостей" множество применений: амортизаторы, "мышцы" роботов, клапаны, различные устройства для виброзащиты.
В ходе исследования ученые предложили использовать в качестве наполнителя высокопористые частицы хитозана. Для их создания полимер растворяли в уксусной кислоте, затем распыляли над жидким азотом, а полученные таким образом замороженные капли подвергали сублимационной сушке. В результате получались высокопористые округлые частицы, внешне несколько напоминающие шарики из сухих завтраков.
"Формирование пористой структуры происходит за счет кристаллизации растворителя в процессе заморозки. После сушки остается исключительно полимерный каркас, прочность которого 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.
По словам научного сотрудника отдела нанобиоматериалов и структур НИЦ "Курчатовский институт" Никиты Кузнецова, высокая пористость хитозана оказалась важным преимуществом. Благодаря этому смесь проявляла электрореологические свойства даже при крайне низких концентрациях наполнителя. Это снижает стоимость конечного продукта при промышленном производстве, а кроме того, приводит к более контрастному изменению свойств: без электрического поля жидкость имеет низкую вязкость, а при воздействии переходит в "твердое" состояние. 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 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.