Izstrādā metodiku jaunu kompozītmateriālu izgatavošanai un to pielietošanai konstrukcijās
Pētījuma "Nanostrukturētoelektropasīvo polimēru kompozītmateriālu ekspluatācijas īpašību izpēte"*, ietvaros tiek pētīti ar grafēna nanopildvielu dažādās variācijās pildītu epoksīda sveķu elektriskā vadāmība un mehāniskās īpašības.
Pēdējo gadu laikā zinātnieku vidū liela uzmanība tiek pievērsta jaunam materiālam - grafēnam, ko pirmoreiz ieguva 2004.gadā pētnieki Andrejs Geims un Konstantīns Novoselovs. Par to abi 2010.gadā saņēma Nobela prēmiju. Grafēns ir viens no oglekļa alotropiem un ir oglekļa viena atoma biezuma monoslānis. Šobrīd tas ir plānākais pasaulē pazīstamais materiāls, kura biezums ir viens oglekļa atoms. Grafēna atomu struktūra un saites padara to cietu un caurspīdīgu līdzīgu dimantam, bet tajā pašā laikā arī elektrovadošu, kas ir svarīgākais faktors grafēna pielietojumos. Šo īpašību dēļ grafēns ir perspektīvs elektroda materiāls saules baterijās un displejos, sensoros, aviācijas un autorūpniecības konstrukcijās, nanoelektronikā, nanofotonikā, spintronikā, kā arī citās mūsdienās aktuālajās nozarēs. Lai grafēns tiktu veiksmīgi izmantots dažādos pielietojumos, ir jāatrisina divas problēmas: iespēju iegūt kvalitatīvu grafēnu bez piemaisījumiem lielos apmēros un iespēju kontrolēt grafēna virsmas struktūru. Viens no perspektīviem grafēna pulvera pielietojumiem ir tā izmantošana kompozītmateriālos nanopildvielas veidā.
Svarīga termoreaktīvo polimēru klase, ko bieži pielieto rūpniecībā, aeroindustrijā un citur, ir epoksīda sveķi. Tiem ir raksturīga izcila pretestība pret korozoju un ķīmiskām reakcijām, liela adhēzija, zems rukums un cena. Taču epoksīda sveķiem piemīt vāja termiskā un elektriskā vadāmība. Savukārt grafēns spēj izveidot vadošu tīklu polimēra saistvielā, tādējādi palielinot elektro un termo vadāmību. Grafēns tiek uzskatīts par vienu no perspektīvākajām šobrīd zināmajām nanopildvielām, jo tam ir raksturīga augsta siltumvadāmība, augsti mehāniskie raksturlielumi, izcilas elektronu transporta spējas, zems termālās izplešanās koeficients, caurspīdīgums, kā arī citas svarīgas fizikālās īpašības. Salīdzinot polimēru-grafēna nanokompozītu ar nepildīto polimēru, esošie pētījumi parāda mehānisko, termisko, elektrisko, magnētisko īpašību uzlabošanos, ko parasti variē atkarībā no pielietojuma mērķa. Rezultātu efektivitāte galvenokārt ir atkarīga no pildvielas sadalījuma saistvielā, kā arī no starpfāžu saišu izvietojuma, kas saista grafēna slāņus ar saistvielu.
Kopumā grafēna polimēru nanokompozīti ir tehnoloģiski perspektīvi materiāli, bet maksimālo potenciālo īpašību iegūšanu ierobežo vairāki faktori. Pamatproblēma ir grūtības grafēna pildvielas vienmērīgas sadalīšanas iegūšanā, ko izraisa vairāku monoslāņu salipšana, veidojot nehomogenitātes. Tas, savukārt, var negatīvi ietekmēt, mehāniskās, elektriskās un siltuma vadīšanas īpašības. Līdzīgi ir ar defektiem, kas radušies dažādu iemeslu dēļ katrā grafēna nanoplāksnē, to iegūšanas procesā. Grafēna pildviela ir konkurētspējīga ne vien polimēros, bet arī citos komerciāli rūpnieciskos materiālos un pielietojumos, taču nepieciešama šādu materiālu rūpīga izpēte laboratorijas apstākļos ar mērķi to turpmāk izmantot kā potenciālu materiālu lētā, efektīvā un liela mēroga tirgū.
*Eiropas Savienības Eiropas Sociālā fonda finansēts projekts Nr. 2013/0017/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/063
Foto: Ieva Čīka/LETA
