Странното поведение на нов композитен графен учи модел
Бумът в проучвания за разработване на нови материали с графен е напълно разбираемо - получени композити трябва да имат необичайни електрически и механични свойства. Всяко откритие в тази област може да се превърне старата технология.
В Московския институт за електронни технологии проведе поредица от експерименти, за да се създаде нов piezoactive материали, които потенциално биха могли да се използват като датчици за налягане, Пироелектрични масиви за термовизионна, както и много други неща. Разработчиците на съставния тънък филм от съполимера на поливинилиден флуорид (PVDF) и polytrifluoroethylene (PTFE) с добавянето на графен и графен оксид. Въпреки това, в експеримента вместо очакваното увеличение, те намаляват стойността, получена пиезоелектричен коефициент. След това се присъедини към работната група на компютърно моделиране на наноструктури Институт по математически задачи по биология, Руската академия на науките, водена от Владимир Бистров. Учените са конструирани модел на различни възможни взаимодействия графен филм с полимера и симулиран електрическото поле. Компютърният модел показва, че при концентрация от графен в композицията в количество от 1% се пиезоелектрически ефект е силно намалена, но когато концентрацията започва да нараства. Както се признава от учените, те самите бяха изненадани, че подходът на моделиране ни позволи да видим посоката на поведението на конструкцията. С увеличаване на броя на слоевете от графен в коефициента на модел започва да нараства - по този начин различен брой по-нататъшни експерименти и пренаредите слоеве различни взаимно ориентиране на графенови слоеве и веригите полимерни е необходимо да се проучи по-подробно. Сега химици проверка констатации експеримента, получени в симулацията.
Странното поведение на нов композитен графен учи модел
През последните години значителен интерес към нови материали с ниска плътност, добра еластичност, висока пиезоелектрически Пироелектрични дейност. Особено внимание се отделя на създаването на синтетични материали на основата на полимери и въглеродни наноструктури (графен въглеродни нанотръби), тъй като те трябва да имат необичайни електрически и механични свойства. Тези материали се използват в различни пиезоелектрични датчици и pezosensorov. Сега те се намират нови и иновативни приложения, например, правят най-различни устройства за производство на енергия, един от тях - pezogeneratory в подметката на обувката - човек ходи и в същото време генерира електричество.
Изследователи от Московския институт по електронни технологии под ръководството на Игор и Максим Bdikina silybin провеждат серия от експерименти, за да се създаде нов piezoactive органични материали, които потенциално биха могли да се използват като датчици за налягане, Пироелектрични матрици за двете граждански и военни приложения. Основната цел на изследването се състои в увеличаване на пиезоелектрични свойства на гъвкави полимерни композити чрез прибавяне на графен и графен оксид. Учените са съставна тънък филм от кополимер поливинилиден флуорид (PVDF) и polytrifluoroethylene (PTFE) с добавянето на графен и графен оксид (GO). Въпреки това, в експеримента вместо очакваното увеличение, те намаляват стойността, получена пиезоелектричен коефициент. Група от компютърно моделиране на наноструктури Институт по математически задачи по биология, Руската академия на науките, водена от Владимир Бистров е в състояние да изгради модел на процеса, не само потвърждава резултатите от експеримента, но и определя посоката за по-нататъшно проучване материал.
модел пиезоелектричен ефект
Наречен пиезоелектричен материал, в който механично напрежение по време на полагането електрическа поляризация се случва дори и при липса на електрическо поле. Това явление се нарича директен пиезоелектричен ефект. Това се дължи на еластичния изместване на електрическите заряди в молекулната структура на веществото под действието на външни механични сили. Заедно с директен пиезоелектрически ефект обратен пиезоелектрически ефект се състои в причинява механични деформации под прилага електрическо поле пиезоелектричен.
Композити на базата на поливинилиден флуорид (PVDF), имат високи пиезоелектрични коефициенти в сравнение с други полимерни материали. Изследователите се очаква, че графен частици вградени в полимерна матрица, осигуряват по-голяма електромеханични и Пироелектрични активност. Но експериментът показва друго.
Моделиране и изчислителни изследвания на композита право да проучи подробно механизмите на промяната пиезоелектрическия ефект от добавяне графен към полимера. Структурите са изследвани с помощта HyperChem софтуерен пакет.
За да започне да се изгради модел на PVDF молекулна верига и поведението му в електрическото поле. Резултати пиезоелектричен коефициенти за изчисляване на различни напрежения съвпадат с експерименталните данни.
Владимир Бистров, обяснява: "Молекулярната структура винаги има тенденция да се състоянието на минимум енергия. HyperChem програма ни позволява да намерите това състояние. След това в имитацията на полимерната верига се налага електрическо поле и наблюдава като деформирана верига. Без поле от полза едно място на друго поле. пиезоелектричен коефициент "може да бъде изчислена от промяната в режим височина верига от молекули.
Добавянето на графена
След това моделът се конструира с добавянето на графен. изчисления се извършват за най-простите решетки с 54 въглеродни атома (Gr54) и разположени от двете страни на полимерните вериги. Програмата е намерил оптимално разстояние между слоевете се оказа, около 4 ангстрьома и пиезоелектрични коефициенти изчислява при електрическо поле. В действителност, добавянето на графен пиезоелектрически ефект, според изчисленията, намалява.
Както е използван в експеримента не е чист графен и графен оксид, учените са разгледани по-сложни мрежи, с групите OH, СООН и азотните атоми, които обикновено се включват в графен оксид след синтез. По този начин се конструира няколко прости модели за система PVDF / графен оксид и изчислява техните пиезоелектрични коефициенти на същите алгоритми.
Пиезоелектрични коефициенти, изчислени за Gr54 / PVDF модели са приблизително три пъти по-ниски, отколкото за чист PVDF веригата. Наличието на графен слой намалява пиезоелектричните коефициентите, както се наблюдава при опити.
Правим сандвич
Изследователите са изчислили още един вид модели - сандвич. Тя съдържа графен слоеве оксид от двете страни на веригата на PVDF. В този модел ние получаваме по-висока пиезоелектрични коефициенти.
В експеримент графен присъства в концентрация PVDF в 1%, под формата на отделни фрагменти. Резултатите съответстват на първия модел, в който PVDF взаимодейства с GO само от едната страна на веригата. Това намалява пиезоелектричен коефициент. Среден комбиниран разнородно, така че точно съвпадение между експерименталните данни и моделът не е, но цялостните промени тенденцията се проследяват правилно.
Чрез увеличаване на концентрацията GO над 1% започват да се формират в съставните сандвич клъстери. Тези клъстери е вероятно подобни на модела на сандвич е описано по-горе. По този начин може да се каже, че в композити има два основни типа: за два слоя, като PVDF / GO и три слой сандвич като GO / PVDF / GO. Установено е, че двуслойна структура на PVDF / GO намалява пиезоелектричните коефициентите, докато GO / PVDF / GO сандвич структура осигурява засилена пиезоелектричен отговор.
Владимир Бистров: "За мен и за експериментатори е неочаквано, че най-простият подход модел ни позволи да видим посоката на поведението на конструкцията. С увеличаване на броя на слоевете в коефициента на модел започна да се увеличава - в по-нататъшни експерименти следователно, за да се разследва по-подробно различните взаимна ориентация, различен брой слоеве и реда на слоя промени отида и PVDF. Ако експериментатори създадоха нанокомпозитни покритие в областта на молекулни слоеве от Langmuir-Блоджет - получената структура ще бъде много по подреден и модел по-адекватно го опише. Такива методи са разработени в Института по кристалография, водена от професор Владимир Фридкин. Надявам се, че това е най-близко бъдеще. - да ги прилага тук "
Всеки бизнес започва с пари. Необходими са средства за неговото отваряне, успешното развитие, представяне в обществото. Пари прави пари, и бизнесът става успешна, когато се произвежда по време на операцията на основен финанси. Но за да се постигне рентабилност на бизнеса не е толкова лесно, колкото изглежда. И много често ...
