Умные полимерные композиты с памятью формы: сделано в Красноярске, в центре России!

Дата публикации:

Полимеры – это класс химических веществ, который с уверенностью можно назвать венцом эволюции неживого мира. Эти высокомолекулярные соединения обладают необычайным разнообразием строения полимерных цепочек, что дает им набор разнообразнейших свойств. Именно поэтому находят широкое применение в различных сферах: одежда, бытовая техника, компьютеры, автомобили – всё это и многое другое во многом состоит из материалов, получаемых путем синтеза продуктов нефтепереработки.


В настоящее время синтетические полимеры активно используются в качестве конструкционных материалов для изготовления разных изделий, оборудования общего и специального назначения, а технологии их производства постоянно совершенствуются.

Активное развитие полимерного материаловедения привело к открытию уникального свойства у полимеров, которое наделило правом отнести их к классу «умных» материалов. Это свойство описывает возможность «запоминать» временную форму и восстанавливать первоначальную форму в результате внешнего воздействия. Поэтому его называют эффектом памяти формы (ЭПФ).

Использование подобных материалов открывает перед человечеством новые горизонты в различных областях науки и техники. В медицине их рассматривают в качестве инструментов малоинвазивной хирургии, точечной доставки лекарственных препаратов, материала для изготовления «умных» протезов. В аэрокосмической отрасли полимер с ЭПФ может быть использован для изготовления элементов трансформируемых конструкций с возможностью компактной упаковки во временную (транспортировочную) форму на Земле и восстановления исходной (рабочей) формы в космическом пространстве при нагревании.

В Университете имени Решетнева уже много лет ведутся работы по созданию из полимерных композиционных материалов конструкций наземногои космического назначения. Однако с каждым днем изменяются требования, предъявляемые к таким конструкциям, достижение которых невозможно, используя готовые материалы. В связи с этим появился интерес в разработке новых материалов для создания современных конструкций в том числе, обладающих ЭПФ. Так зародился проект создания научной лаборатории «Интеллектуальные материалы и структуры», который стал победителем в конкурсе Министерства науки и высшего образования в 2020 году.

Сегодня в новой лаборатории на базе Ресурсного центра коллективного пользования «Космические аппараты и системы» проводятся масштабные исследования полимерных и композиционных материалов с памятью формы под руководством младшего научного сотрудника Шалыгиной Таисии Александровны. Планируется разработать материал, обладающий эффектом памяти множественных форм с возможностью бесконтактного метода инициации. С помощью совершения многоуровневых трансформаций разрабатываемого материала появится возможность решать более сложные задачи современной науки и техники.

Ещё одним перспективным направлением исследований ученых является разработка материала с обратимым эффектом памяти формы. Такой материал способен при изменении внешнего воздействия обратимо изменять свою форму без предварительного программирования. Таким образом, можно расширить горизонты практического применения полимеров с ЭПФ, например, используя их для создания крыла самолета с изменяющейся геометрией или микро- и макромеханических систем различного назначения.

Таисия Шалыгина в 2019 году получила престижный грант РФФИ на реализацию проекта No 19-33-90166 «Исследование межфазных явлений на границах раздела полимер-полимер и полимер-наполнитель в структуре композиционного материала, обладающего эффектом памяти тройной формы и модифицированного частицами карбида кремния» по результатам конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований молодых ученых- аспирантов.


Научная лаборатория «Интеллектуальные материалы и структуры» является единственным научным подразделением в городе Красноярске, сотрудники которого имеют возможность всестороннего исследования полимеров с ЭПФ. Схожие подразделения располагаются в России в Казани иМоскве, а за пределами России – в Японии, Китае, США, Германии. К международным коллективам ученых, занимающихся исследованиями в области эффекта памяти формы, относятся команды под руководством ученых Андреаса Лендляйна (A.Lendlein) из Института наук о биоматериалах Потсдамского университета в Германии, Хисаки Тобуши (H.Tobushi) из технологического института (Aichi) в Японии, Каоджин Ванг (Kaojin Wang) из Южно-Китайского технологического университета.

Два года назад в Университете имени Решетнева открыта проектно- ориентированная программа магистратуры – «Технология производства изделий из полимерных композиционных материалов». Благодаря этому у красноярского (и не только) студенчества имеется уникальная возможность проводить исследования на современном оборудовании. На основе получаемых в ходе экспериментов будут разработаны магистерские диссертации с серьезным научно-практическим потенциалом.

Все это в дальнейшем поможет магистрантам вместе с их научными работами выйти на принципиально новый мировой уровень. Теперь у каждого, кто проходит обучение в Университете имени Решетнева, есть шанс по-настоящему войти в науку полимерного материаловедения.

Герой России летчик- космонавт Александр Иванович Лазуткин о важности полимеров с памятью формы для космоса: «С того момента, как были синтезированы первые полимеры, на них с тали возлагать большие надежды. И действительно, впоследствии они смогли вытеснить большинство традиционных материалов. Наступление полимеров и полимерных композитов продолжается и по сей день. С открытием эффекта памяти формы у полимерных материалов открылась перспектива решения еще более сложных задач по созданию облегченных трансформируемых конструкций космического назначения. Освоение космоса с использованием умных композитов — это новая реальность».