Ученые химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова вместе с зарубежными коллегами создали компактную установку для одновременного исследования термических характеристик и наноструктуры полимеров. Как сообщает ТАСС 19 октября со ссылкой на пресс-службу университета, оборудование можно использовать на российских синхротронах, включая Сибирский кольцевой источник фотонов.
Установка предназначена для решения фундаментальных и прикладных задач материаловедения. Она одновременно регистрирует тепловые эффекты и изменения структуры, которые в полимерах могут происходить за тысячные доли секунды, и позволяет исследовать механизмы кристаллизации и плавления.
При литье под давлением, экструзии и других способах переработки полимеры быстро нагреваются и охлаждаются. В этот момент молекулярные цепи образуют и перестраивают кристаллические области, от которых зависит внутреннее строение изделия. Для установления связи между температурным режимом и структурой необходимы одновременные тепловые измерения и наблюдение на нанометровом уровне.
Обычные лабораторные приборы нагревают и охлаждают образцы со скоростью лишь в несколько десятков градусов в минуту, поэтому исходная структура материала может успеть измениться. Авторы разработки объединили сверхбыструю калориметрию на чипе с малоугловым рассеянием синхротронного рентгеновского излучения. Миниатюрный сенсор обеспечивает изменение температуры со скоростью до нескольких тысяч градусов в секунду.
Калориметр фиксирует поглощение или выделение тепла, а рентгеновское рассеяние определяет параметры наноструктуры. Синхронная регистрация двух сигналов показывает, какими структурными изменениями сопровождаются тепловые переходы. Модульная конструкция позволяет применять установку на СКИФе и других синхротронах без существенной переделки.
Работу оборудования проверили на станции ID02 Европейского центра синхротронного излучения ESRF в Гренобле. Для образцов массой около 100 нанограммов данные, подходящие для количественного анализа наноструктуры, получили за несколько миллисекунд. В исследовании участвовали специалисты из России, Бельгии, Китая, Великобритании и Франции, а его результаты опубликованы в Journal of Synchrotron Radiation.