Полимерные аэрогели и ионогели - получение, структура, свойства

Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы создания новых материалов – полимерных аэрогелей и ионогелей, характеризующихся уникальным сочетанием физико-химических свойств и обладающих широкими возможностями практического применения. Решение ряда запланированных в проекте задач требует использования возможностей объекта инфраструктуры – Центра коллективного пользования Института органической химии РАН – для осуществления детального анализа состава полученных материалов, а также изучения эффектов конфайнмента в полимерных ионогелях с использованием ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. Полимерные аэрогели представляют собой высокопористые материалы, обладающие высокой удельной поверхностью, низкой тепло- и звукопроводностью, и перспективны для создания ультралегких изоляционных элементов, в том числе гидро- и льдофобных, а также ряда функциональных материалов, в том числе биосовместимых имплантов, матриц для пролиферации клеточных культур, элементов защиты от нейтронного излучения, эффективных сорбентов нефтепродуктов и др. В качестве основных объектов исследования для создания аэрогелей в настоящем проекте предполагается использовать следующие синтетические и биогенные полимеры: сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полипропилен, резорцин-формальдегидные смолы, полиамиды (ПА-6 и ПА-66), полисахариды (целлюлоза, агар-агар). Полимерные ионогели представляют собой новый класс наноматериалов, сочетающих высокую ионную проводимость и теплопроводность и легкую формуемость (в т.ч. с использованием аддитивных технологий). Важными характеристиками ионных жидкостей – компонентов полимерных ионогелей – являются высокая термическая стабильность, пренебрежимо малое давление насыщенного пара и низкая коррозионная активность. Имеющиеся данные позволяют утверждать, что полимерные ионогели могут быть наиболее востребованы в качестве элементов сорбционных систем (разделение катионов металлов, хроматографическое разделение органических веществ), ионпроводящих мембран, температурно-управляемых переключателей, материалов для поглощения электромагнитного излучения, элементов гибкой электроники, механических датчиков, тактильных устройств. Важной составляющей актуальности исследований является возможность использования полученных результатов для переработки полимерных отходов (одежда и упаковка) и получения на их основе высокотехнологичных изделий. Научная новизна запланированных исследований определяется созданием новых подходов к получению полимерных аэрогелей, а также получением новых композиционных материалов на основе полимеров и ионных жидкостей. Реализация запланированных в проекте подходов позволит получить уникальные материалы с улучшенными физико-химическими свойствами, в т.ч. высокими текстурными характеристиками, механической прочностью, ионной проводимостью, сорбционной емкостью. Важной составляющей научной новизны запланированных исследований является детальный анализ состояния ионных жидкостей, находящихся в условиях ограниченного порового пространства – анализ эффекта конфайнмента – в первую очередь с использованием методов ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. Такие исследования позволят определить особенности сольватационных и адсорбционных взаимодействий в полимерных ионогелях, определяющих ионную подвижность, ключевой характеристики с точки зрения практических применений таких материалов. Для выполнения проекта критически важным является использование методов анализа – ЯМР-спектроскопии высокого разрешения (для определения подвижности ионных жидкостей в условиях ограниченного порового пространства полимерной матрицы) и аналитической просвечивающей микроскопии высокого разрешения (определение структуры полимерных аэрогелей) – имеющихся в распоряжении ЦКП ИОХ РАН.