Ученые кафедры неорганической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета синтезировали магнитные наночастицы борида кобальта для модификации АБС-пластиков.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда «Мультифункциональные материалы для целевой модификации промышленно выпускаемых термопластов».

Руководитель проекта, доцент кафедры неорганической химии Артур Ханнанов рассказал, в чем преимущество разработанного учеными КФУ наноматериала и метода его получения.

«Наш метод синтеза магнитных наночастиц борида кобальта представлен в статье, вышедшей в журнале Polymers, – сообщил ученый. – Боридные частицы кобальта обычно получают при температуре 500–900 градусов Цельсия, что делает его производство достаточно дорогим. Мы разработали новый низкоэнергетический подход, который позволяет получать частицы борида кобальта при комнатной температуре».

Полученные химиками вуза магнитные наночастицы предназначены для получения композитов с заданными свойствами на основе промышленного термопластика акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС).

«В ходе нашего исследования изучалось влияние различных концентраций наночастиц на физические, механические, магнитные и диэлектрические свойства получаемых композитов, – рассказывает руководитель проекта. – Было установлено, что изменение концентрации наночастиц в композите АБС позволяет контролировать температуру стеклования материала в диапазоне от 107,5 до 112 градусов Цельсия. Кроме того, композиты, созданные таким образом, демонстрируют суперпарамагнитное поведение, которое изменяется линейно в зависимости от концентрации наночастиц. Несмотря на то что диэлектрическая проницаемость композита остается близкой к значению чистого АБС, с увеличением содержания наночастиц наблюдается сдвиг максимума диэлектрической проницаемости в сторону более низких частот».

По утверждению А. Ханнанова, разработанный его научной группой наноматериал позволяет не только улучшить механические, магнитные и диэлектрические свойства композитов, но и расширяет возможности применения АБС в различных областях.

«Мы научились при помощи наночастиц контролировать такие характеристики пластика, как температура стеклования и стойкость к окислению, что позволяет более тонко «настраивать» полученные из него изделия и увеличивает количество циклов переработки этого пластика, что делает его более экологичным», – уточнил он.

Доцент Химического института отметил, что обычно для улучшения свойств пластиков используют целый комплекс различных добавок: одни отвечают за термоокислительную стабилизацию, другие – за магнитные свойства, а третьи – за диэлектрические, и так далее. Ученым КФУ удалось создать материал, выполняющий сразу несколько функций, с помощью которого можно регулировать все эти свойства одновременно.

По словам химика, модифицированные АБС-пластики благодаря прекрасным диэлектрическим свойствам и способности выдерживать высокие температуры могут использоваться для производства изоляционных материалов, электронных компонентов, таких как корпуса для микросхем и других устройств, где требуется высокая теплостойкость и устойчивость к окислению.

«Возможность контроля температуры стеклования и механических свойств композитов делает их подходящими для создания высокопрочных и долговечных филаментов для 3D-печати, используемых в создании сложных конструкций и прототипов», – указал еще на одну область применения А. Ханнанов.

Поскольку композитные материалы обладают магнитными свойствами, из них можно создавать контролируемые с помощью магнитного поля роботизированные системы. Они нужны для автоматического управления промышленными процессами.

«Подобные системы есть, но они обычно выпускаются на основе более дорогих полимерных материалов. Мы смогли создать из рутинного пластика материал, выполняющий те же функции», – пояснил он.

Химик акцентировал внимание на экологических преимуществах новых композитов на основе АБС с добавлением наночастиц борида кобальта.

«Они связаны прежде всего с возможностью вторичной переработки и повторного использования материалов, – подчеркнул он. – АБС является одним из наиболее распространенных полимеров, который легко поддается переработке и повторному использованию. Добавление наночастиц не ухудшает эту способность, что позволяет создавать композиты, которые могут быть переработаны после окончания срока службы продукта. Это снижает количество отходов и уменьшает потребление природных ресурсов».