NICA поможет улучшить свойства полимерных пленок
В течение прошлого, четвертого, сеанса пусконаладочных работ на комплексе NICA впервые были начаты прикладные исследования с использованием пучков ускоренных ионов с энергиями порядка нескольких ГэВ на нуклон. В них приняли участие сотрудники Федерального исследовательского центра химической физики им. Н.Н.Семенова (ФИЦ ХФ РАН), облучив образцы фторполимерных, полиэтилентерефталатных и полиимидных пленок российского производства. По результатам проведенных исследований ученые этой организации подают заявку на патент. Сотрудничество будет продолжено в последующих сеансах пусконаладочных работ.
Фторопласты, или фторполимеры, – это полимеры на основе соединений фторуглерода, имеющие высокую устойчивость к растворителям, кислотам и щелочам. Фторполимеры занимают важную нишу в промышленности и интенсивно исследуются. Эти материалы считаются перспективными благодаря их высоким эксплуатационным характеристикам, таким как химическая стойкость, электроизоляционные и механические свойства, проявляющиеся в широком диапазоне температур и при различных уровнях влажности. Данные свойства нашли применение в медицине, космической индустрии, строительстве, оборонной промышленности.
Полиимиды – это полимеры, относящиеся к классу высокопрочных пластмасс. Самые тонкие полиимидные пленки в микрон толщиной применяются в качестве оптических окон в источниках синхротронного излучения. Более толстые пленки используются, в частности, для высоковольтной и высокотемпературной изоляции электрических цепей, фиксации подвижных проводников в электронных устройствах, изготовления печатных плат, подшипников и других промышленных изделий.
Полиэтилентерефталатные пленки широко применяются в качестве упаковочных материалов, в электротехнике и электронике в виде конденсаторных пленок и т.д. Особо следует отметить технологию получения ядерных фильтров на основе ионно-облученных полиэтилентерефталатных пленок, которая была создана в Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова ОИЯИ почти 50 лет назад.
Достоинством ядерных фильтров является высокая степень однородности распределения открытых микропор цилиндрической формы по диаметрам, что является важным требованием при разработке устройств для плазмафереза, очистки воздуха и воды от патогенных микроорганизмов. Одним из перспективных направлений совершенствования производимых в настоящее время ядерных фильтров является увеличение толщины используемых в них мембранных материалов. Сейчас толщина слоя мембранного материала ограничивается длиной пробега заряженных частиц излучения, используемого для создания латентных треков в толщине материала. К примеру, пробег ускоренных ионов ксенона с энергией ~1 МэВ/нуклон в полиэтилентерефталате не превышает 20 мкм.
Преимущество ускорительного комплекса NICA состоит в большой длине пробега частиц. Радиационные технологии, реализуемые на энергиях ниже сотен МэВ на нуклон, помогают менять только поверхностные свойства материала, в то время как свойства в объеме остаются прежними. На пучках NICA возможно обеспечить равномерность радиационного воздействия по глубине и гарантировать, что получаемый продукт будет однородным – его свойства не изменятся при разной толщине. В силу большой длины пробега частиц открывается возможность облучать толстые пленки до 200 микрон. Более того, на NICA возможно облучать не один образец, а сборку из нескольких слоев пленок, что ускоряет проведение исследований.
Ускорительный комплекс NICA дает уникальную возможность модифицировать и улучшать технологически важные свойства пленок, произведенных на основе перечисленных типов полимеров. Высокие энергии ускоренных тяжелых ионов помогут исследовать и модифицировать различные толстые пленки, в частности, фторполимерные, полиэтилентерефталатные и полиимидные, улучшая их качество в объеме материала, а не только на поверхности и не глубоко залегающих слоях.
Ввод в эксплуатацию инновационного ускорительного комплекса позволит продолжить исследования в области радиационного материаловедения, которые ранее проводились в Научно-исследовательском физико-химическом институте имени Л.Я. Карпова, Институте химической физики им. Н.Н. Семенова АН СССР и его отделении в Черноголовке, а также в ряде других организаций. «В частности, в 80-х годах проводилось сотрудничество между ЛЯР ОИЯИ и Научно-исследовательским физико-химическим институтом имени Карпова по вопросам трековых мембран, или ядерных микрофильтров.
Как подчеркнул ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных нанокомпозитов отдела кинетики и катализа ФИЦ ХФ РАН Александр Смолянский, создание установки NICA – это прорыв, гигантский шаг для радиационного материаловедения. Развитие этой области науки сейчас во многом определяется установками класса мегасайенс. Работа с пучками частиц высоких энергий, которых позволяет достичь такая установка, – это передний край современного радиационного материаловедения.
Фото: пресс-служба ОИЯИ