Исследователи из Лаборатории наноматериалов Центра фотоники Сколтеха получили патент на новую технологию мониторинга материалов, использующую упорядоченные структуры из однослойных углеродных нанотрубок. Разработанный метод применим как к современным, так и к полимерным композитам и нанокомпозитам будущего и демонстрирует более высокую универсальность и диапазон измерений по сравнению с существующими аналогами. С его помощью можно разработать «умные» детали со встроенной системой самодиагностики, которым не потребуется внешние датчики.

В основе разработки лежат уникальные свойства волокнообразных сборок однослойных углеродных нанотрубок. Эти структуры проявляют исключительную чувствительность к изменениям в полимерной матрице, включая колебания концентрации и распределения добавок.

«Упорядоченные волокнообразные структуры из однослойных углеродных нанотрубок обладают высокой чувствительностью к изменениям в полимерном материале. Они также неожиданно чувствительны к концентрациям и дисперсии различных видов добавок в полимере. Мы разработали эту технологию, опираясь на свойства таких волокон, и теперь можем точно определять концентрацию диспергированных частиц, изменения материала в процессе производства, а также его деформацию и повреждение на этапе эксплуатации готового изделия», — пояснил ведущий автор патента, научный сотрудник Хассаан Ахмад Батт.

Такая возможность встроенного контроля решает ключевое ограничение современной науки о материалах. Существующие методы мониторинга, например, с использованием упорядоченных плёнок или гомогенных дисперсий, часто не обладают многофункциональностью, необходимой для передовых композитов.

«Волокна из углеродных нанотрубок в данном случае превосходят существующие альтернативы, такие как упорядоченные плёнки или гомогенные дисперсии, которые неспособны обеспечить многофункциональность, требуемую современными и перспективными композитами, — прокомментировал доцент Дмитрий Красников. — Представленная технология позволяет получать информацию как в процессе изготовления контролируемого материала, так и в готовом изделии при его реальном использовании, без необходимости извлечения самих сенсоров. При этом свойства контролируемого материала не ухудшаются, а присутствие сенсора остаётся практически „невидимым“. Это открывает совершенно новое направление в технологии встроенных датчиков».

Запатентованная методика является прямым результатом фокуса лаборатории на создании промышленно применимых решений с использованием материалов, полностью разработанных внутри Сколтеха.

«Лаборатория наноматериалов продолжает транслировать наши исследования из лаборатории в промышленные, жизнеспособные технологические решения, — подчеркнул профессор Альберт Насибулин, директор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и руководитель Лаборатории наноматериалов. — Технология, разработанная здесь, основана на материалах, спроектированных, синтезированных и произведённых исключительно в стенах Сколтеха, и является частью более широкого портфеля многофункциональных материалов, над которыми мы работаем для наших промышленных партнёров. Самодиагностика, нагрев и самовосстановление — это лишь некоторые из направлений, которые мы развиваем с помощью однослойных углеродных нанотрубок и их структур».

Данная разработка представляет собой значительный шаг на пути к созданию более «умных» и надёжных композитных материалов, способных к самодиагностике на протяжении всего жизненного цикла — от производства до реальной эксплуатации.