«Мягкие» композитные материалы на основе полимерных микрогелей и мицеллярных ПАВ для современных практических приложений.
Учёные кафедры физики полимеров и кристаллов исследуют большое количество разнообразных полимерных структур. В 2021 году научная группа под руководством Потёмкина Игоря Ивановича выиграла мегагрант РНФ «Лаборатории мирового уровня», и сейчас идёт активная работа над проектом!
Мы предлагаем вам узнать, зачем учёным управляемые гели и почему это может пригодиться в добыче нефти.
Чему посвящен проект?
Проект посвящен созданию и исследованию свойств «мягких» нанокомпозитных материалов, способных контролируемым образом формироваться и разрушаться при внешнем физико-химическом воздействии.
В качестве основы получаемых гелей будут использованы:
1) разнообразные поверхностно-активные вещества (ПАВ).
ПАВ могут формировать червеобразные мицеллы и сетку зацеплений (см. рисунок 1а). Механические свойства сетки и её чувствительность к внешним воздействиям будут «настраиваться» путем добавления твердых наночастиц и полимерных микрогелей.
2) разнообразные самоорганизующиеся микрогели (и микрогелевые гранулы).
Они могут «склеиваться» обратимым образом в макроскопический гель за счет взаимодействий различной природы (гидрофобные, кулоновские, Ван-дер-Ваальсовы и др.) (рисунок 1б).
Исследования будут проводиться на комплементарной основе: то есть при тесном взаимодействии теоретиков, синтетиков и экспериментаторов.
Какой сейчас статус проекта?
На сегодняшний день у коллектива, объединяющего несколько исследовательских групп физического факультета и института РАН, имеется существенный задел по тематике проекта и вся необходимая инфраструктура для успешного выполнения исследований.
Группа профессора Игоря Иванович Потёмкина является одной из ведущих в мире групп по компьютерному моделированию полимерных микрогелей.
Группа профессора Ольги Евгеньевны Филипповой является мировым лидером в области изучения систем на основе мицеллярных ПАВ.
Поддержанный Российским научным фондом мегапроект позволил объединить усилия и накопленные знания различных групп, а также скомбинировать объекты исследований, чтобы реализовать самые смелые идеи, направленные как на получение фундаментальных знаний, так и инновационной продукции.
Как результаты проекта могут быть использованы на практике?
Создание «мягких» материалов, обладающих способностью значительно и контролируемым образом изменять свои свойства при небольших внешних воздействиях, является чрезвычайно актуальной задачей — такие материалы имеют широкие перспективы практического применения.
Так, «мягкие» нанокомпозитные материалы на основе супрамолекулярных сетчатых структур, формируемых за счет гидрофобных взаимодействий, способные разрушаться в присутствии углеводородов (нефти), перспективны для использования в нефтедобывающей промышленности для создания среды с высокой проницаемостью по отношению к нефти.
В результате проведенных исследований будет получена серия различных типов инновационных «мягких» нанокомпозитных материалов, а именно:
1) нанокомпозитные гели на основе наночастиц диоксида кремния и червеобразных мицелл, построенных из ПАВ нового типа.
Это позволит повысить стабильность мицеллярных цепей, а следовательно, вязкоупругие свойства нанокомпозита, в том числе при повышении температуры. При этом способность разрушаться при контакте с углеводородами сохранится;
2) нанокомпозитные гели с восприимчивыми ко внешним воздействиям сшивками.
Такие гели будут сохранять свои вязкоупругие свойства в широком диапазоне температур, но при этом обладать способностью разрушаться при контакте с углеводородами;
3) магнитоуправляемые гели, построенные из плотно упакованных нанокомпозитных микрогелевых гранул, связанных между собой слабыми нековалентными связями.
Такие структуры будут способны к самозаживлению, а также к расформированию с образованием исходных гранул при воздействии из вне.
Какие дальнейшие планы?
Работать творчески, активно и продуктивно!
Руководитель проекта: Потёмкин Игорь Иванович: igor@polly.phys.msu.ru
Сайт кафедры физики полимеров и кристаллов: https://polymer.phys.msu.ru/