Comportamentul ciudat al unui nou model de grafen compozit studiat
Boom-ul în cercetarea privind dezvoltarea de noi materiale cu grafen este destul de ușor de înțeles - compozite derivate trebuie să aibă proprietăți electrice și mecanice neobișnuite. Orice descoperire în acest domeniu se poate transforma tehnologia veche.
În Institutul de Tehnologie din Moscova Electronic a efectuat o serie de experimente pentru a crea un material nou piezoactive care ar putea fi folosite ca senzori de presiune, tablouri piroelectrici pentru imagistica termice, si multe alte lucruri. Dezvoltatorii filmului subțire compozit din copolimer de fluorură de viniliden (PVDF) și polytrifluoroethylene (PTFE) cu adaos de grafen și oxid de grafen. Cu toate acestea, în experimentul în loc de creșterea așteptată, scad valoarea obținută coeficientul piezoelectric. Apoi sa alăturat grupului de lucru de modelare nanostructurilor Institutul de probleme matematice de Biologie, Academia Rusă de Științe, condus de Vladimir Bystrov. Oamenii de știință au construit un model al diferitelor interacțiuni posibile filmul graphene cu polimer și câmpul electric simulat. Modelul de calculator a arătat că la o concentrație de grafen în compozit într-o cantitate de 1% are un efect piezoelectric este puternic redusă, dar atunci când concentrația începe să crească. După cum a recunoscut de către oamenii de știință, ei înșiși au fost surprinși că abordarea de modelare ne-a permis să vedem direcția comportamentul structurii. Prin creșterea numărului de straturi de grafen în coeficientul de model a început să crească - prin urmare, un număr diferit de alte experimente și reordona straturi diferite de orientare reciprocă a straturilor grafen și lanțurile de polimer este necesar pentru a investiga în detaliu. Acum, chimiști verifica concluziile experimentului obținute în simulare.
Comportamentul ciudat al unui nou model de grafen compozit studiat
În ultimii ani, un interes considerabil în materiale noi, cu o densitate scăzută, elasticitate bună, piezoelectrice ridicată și activitatea piroelectric. O atenție deosebită este acordată creării materialelor compozite pe bază de polimeri și nanostructuri de carbon (grafen, nanotuburi de carbon), deoarece acestea ar trebui să aibă proprietăți electrice și mecanice neobișnuite. Astfel de materiale sunt utilizate în diferite senzori piezoelectrici și pezosensorov. Acum, ei sunt găsirea de aplicații noi și inovatoare, de exemplu, să facă o varietate de dispozitive de generare a energiei electrice, unul dintre ei - pezogeneratory în talpa pantofului - o persoană care merge și în același timp, generează energie electrică.
Cercetatorii de la Institutul de Tehnologie din Moscova Electronice sub conducerea lui Igor și Maxim Bdikina silibinei a efectuat o serie de experimente pentru a crea un nou material organic piezoactive care ar putea fi folosite ca senzori de presiune, matrici piroelectrici pentru ambele aplicații civile și militare. Scopul principal al cercetării a constat în creșterea proprietăților piezoelectrice compozite polimerice flexibile prin adăugarea de grafen și oxid de grafen. Oamenii de știință au o peliculă subțire compozit de fluorură copolimer de poliviniliden (PVDF) și polytrifluoroethylene (PTFE) cu adaos de grafen și oxid de grafen (GO). Cu toate acestea, în experimentul în loc de creșterea așteptată, scad valoarea obținută coeficientul piezoelectric. Un grup de modelare nanostructurilor Institutul de probleme matematice de Biologie, Academia Rusă de Științe, condus de Vladimir Bystrov a fost capabil de a construi un model al procesului, nu numai confirmă rezultatele experimentului, dar, de asemenea, stabilit direcția pentru materialul de studiu în continuare.
efect piezoelectric model de
materialul piezoelectric Chemat în care stresul mecanic în timpul aplicării polarizare electrică are loc chiar și în absența unui câmp electric. Acest fenomen se numește efect piezoelectric direct. Acest lucru se datorează deplasării elastice a sarcinilor electrice în structura moleculară a substanței sub acțiunea forțelor mecanice exterioare. Împreună cu efect piezoelectric directa efect piezoelectric invers constând în cauzarea deformări mecanice sub aplicate câmpului electric piezoelectric.
Compozite pe bază de fluorură de poliviniliden (PVDF), au coeficienți piezoelectrici mari în comparație cu alte materiale polimerice. Cercetatorii se asteapta ca particulele de grafen încorporate într-o matrice polimerică, oferă o mai mare activitate electromecanice și piroelectric. Dar experimentul a arătat altfel.
Modelarea și studii de calcul ale compozitului permis să studieze în detaliu mecanismele schimbării efectului piezoelectric prin adăugarea grafen la polimer. Structurile au fost studiate cu ajutorul pachet software HyperChem.
Pentru a începe să construiască un model al PVDF cu lanț molecular și comportamentul său în câmpul electric. Rezultate piezoelectric coeficienți de calcul la tensiuni diferite adaptate la datele experimentale.
Vladimir Bystrov, explică: „Structura moleculara tinde întotdeauna să ia starea minim de energie. Programul HyperChem ne permite să găsim această stare. Apoi, pe imitație a lanțului de polimer este impusă câmpului electric și a observat ca lanț deformat. Fără un câmp benefic o locație în alt domeniu. Coeficientul piezoelectric „poate fi calculată din schimbarea înălțimii de dispunere a lanțului de molecule.
Adăugarea de grafen
Apoi, modelul a fost construit cu adaos de grafen. Calculele au fost efectuate pentru cele mai simple, cu structuri cristaline 54 de atomi de carbon (Gr54) și amplasate pe părți diferite ale lanțurilor polimerice. Programul a găsit distanța optimă între straturi, a apărut aproximativ 4 angstromi și coeficienții piezoelectrici calculat când un câmp electric. Într-adevăr, adăugând graphene efect piezoelectric, conform calculelor, a scăzut.
Așa cum este utilizat în experiment nu este grafen pur și oxid de grafen, oamenii de știință au considerat grile mai complexe, cu grupările OH, COOH și atomii de azot, care este de obicei inclusă în oxidul graphene după sinteza. Astfel, a fost construit câteva modele simple pentru sistemul PVDF / oxid de grafen și calculat coeficienții lor piezoelectrice aceiași algoritmi.
Coeficienții piezoelectrice calculate pentru modelele Gr54 / PVDF au fost de aproximativ trei ori mai mic decât pentru PVDF pură a catenei. Prezența stratului grafena scade coeficienții piezoelectrici, așa cum a fost observată în experimente.
Facem un sandwich
Cercetătorii au calculat încă un tip de modele - tip sandwich. Acesta conținea straturi de oxid de grafen pe ambele părți ale lanțului PVDF. În acest model vom obține o mai mare coeficienți piezoelectrice.
In experimentul graphene prezent în concentrație PVDF în 1%, sub formă de fragmente separate. Rezultatele au corespuns primului model în care PVDF reacționează cu OG doar pe o parte a lanțului. Acest lucru reduce coeficientul piezoelectric. Heterogen compozit medie, astfel încât o potrivire exactă între datele experimentale și modelul nu este, dar modificările globale tendință sunt urmărite în mod corect.
Prin creșterea concentrației GO peste 1% încep să se formeze în clustere de tip sandwich compozit. Aceste grupuri sunt probabil similare cu modelul de tip sandwich descris mai sus. Astfel, se poate spune că în compozitele există două tipuri principale de ordine: două straturi, cum ar fi PVDF / GO și trei straturi de tip sandwich, cum ar fi GO / PVDF / GO. Sa constatat că structura cu două straturi de PVDF / GO reduce coeficienții piezoelectrici, în timp ce GO / PVDF / GO structura tip sandwich ofera un raspuns piezoelectric armat.
Vladimir Bystrov: „Pentru mine și pentru experimentatori a fost neașteptat faptul că cea mai simplă abordare modelul ne-a permis să vedem direcția comportamentul structurii. Prin creșterea numărului de straturi din coeficientul de model a început să crească - în experimente suplimentare, prin urmare, necesare pentru a investiga în detaliu diferite orientare reciprocă, un număr diferit de straturi și ordinea straturilor aplicarea modificărilor și PVDF. Dacă experimentatorii a creat un strat nanocompozit în arta straturilor moleculare prin Langmuir-Blodgett - structura rezultată ar fi mult mai ordonat și modelul se descrie mai adecvat. Astfel de metode au fost dezvoltate în Institutul de Cristalografie, condus de profesorul Vladimir Friedkin. Sper că acest lucru este cel mai apropiat viitor - să le aplice aici ".
Fiecare afacere incepe cu bani. Fondurile sunt necesare pentru deschiderea sa, dezvoltarea cu succes, prezentarea în societate. Banii face bani, iar afacerea devine succes atunci când produce prin funcționarea sa de finanțare majore. Dar, pentru a atinge profitabilitatea afacerii nu este la fel de ușor cum pare. Și foarte des ...
