Инновации
Сегодня
Политика
Происшествия
Люди
Экономика
Следствие
Бизнес
Культура
Наука и медицина
Недвижимость
О проекте
Редакция
Контакты
Размещение рекламы
Использование материалов
Поддержать проект
Вопрос-Ответ
Financial Assets
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 – 65733 выдано Роскомнадзором 20.05.2016.
В России признаны экстремистскими и запрещены организации «Национал-большевистская партия», «Свидетели Иеговы», «Армия воли народа», «Русский общенациональный союз», «Движение против нелегальной иммиграции», «Правый сектор», УНА-УНСО, УПА, «Тризуб им. Степана Бандеры», «Мизантропик дивижн», «Меджлис крымскотатарского народа», движение «Артподготовка», общероссийская политическая партия «Воля». Признаны террористическими и запрещены: «Движение Талибан», «Имарат Кавказ», «Исламское государство» (ИГ, ИГИЛ), Джебхад-ан-Нусра, «АУМ Синрике», «Братья-мусульмане», «Аль-Каида в странах исламского Магриба», Общественное движение «Штабы Навального», интернет-издание «Спутник и погром», компания Meta Platforms. Inc.
НКО, выполняющие функции иностранного агента: Некоммерческая организация «Фонд по борьбе с коррупцией», Межрегиональный профессиональный союз работников здравоохранения "Альянс врачей", Автономная некоммерческая организация «Центр по работе с проблемой насилия «НАСИЛИЮ.НЕТ», Программно-целевой Благотворительный Фонд "СВЕЧА", Красноярская региональная общественная организация "Мы против СПИДа", Некоммерческая организация "Фонд защиты прав граждан", Автономная некоммерческая организация социально-правовых услуг "Акцент", Межрегиональная общественная организация реализации социально-просветительских инициатив и образовательных проектов "Открытый Петербург", Санкт-Петербургский благотворительный фонд "Гуманитарное действие", Социально-ориентированная автономная некоммерческая организация содействия профилактике и охране здоровья граждан "Феникс ПЛЮС", Фонд содействия правовому просвещению населения "Лига Избирателей", Некоммерческая Организация Фонд "Правовая инициатива", Некоммерческая организация Фонд "Общественный фонд социального развития "Генезис", Автономная некоммерческая организация информационных и правовых услуг "Гражданская инициатива против экологической преступности", Некоммерческая организация "Фонд борьбы с коррупцией", Пензенский региональный общественный благотворительный фонд "Гражданский Союз", Ингушское республиканское отделение общероссийской общественной организации "Российский Красный Крест", Общественная организация "Саратовский областной еврейский благотворительный Центр "Хасдей Ерушалаим" (Милосердие), Частное учреждение "Центр поддержки и содействия развитию средств массовой информации", Региональная общественная организация содействия соблюдению прав человека "Горячая Линия", Фонд "В защиту прав заключенных", Автономная некоммерческая организация "Институт глобализации и социальных движений", Автономная некоммерческая организация противодействия эпидемии вич/спида и охраны здоровья социально-уязвимых групп населения "Центр социально-информационных инициатив Действие", Челябинское региональное диабетическое общественное движение "ВМЕСТЕ", Благотворительный фонд охраны здоровья и защиты прав граждан, Благотворительный фонд помощи осужденным и их семьям, Городской благотворительный фонд "Фонд Тольятти", Свердловский региональный общественный фонд социальных проектов "Новое время", Фонд содействия устойчивому развитию "Серебряная тайга", Фонд содействия развитию массовых коммуникаций и правовому просвещению "Так-Так-Так", Региональная общественная организация содействия просвещению граждан "Информационно-аналитический центр "Сова", Региональная общественная организация помощи женщинам и детям, находящимся в кризисной ситуации "Информационно-методический центр" Анна", Автономная некоммерческая организация социальной поддержки населения "Проект Апрель", Региональный благотворительный фонд "Самарская губерния", Свердловский областной общественный фонд "Эра здоровья", Международная общественная организация "Международное историко-просветительское, благотворительное и правозащитное общество "Мемориал", Автономная Некоммерческая Организация "Аналитический Центр Юрия Левады", Автономная некоммерческая организация "Издательство "Парк Гагарина", Фонд содействия защите здоровья и социальной справедливости имени Андрея Рылькова, Благотворительный фонд социально-правовой помощи "Сфера", Челябинский региональный орган общественной самодеятельности "Уральская правозащитная группа", Челябинский региональный орган общественной самодеятельности - женское общественное объединение "Женщины Евразии", Омская региональная общественная организация "Центр охраны здоровья и социальной защиты "СИБАЛЬТ", Городская общественная организация "Рязанское историко-просветительское и правозащитное общество "Мемориал" (Рязанский Мемориал), Городская общественная организация "Екатеринбургское общество "МЕМОРИАЛ", Автономная некоммерческая организация "Институт прав человека", Некоммерческая организация "Фонд защиты гласности", Региональное общественное учреждение научно-информационный центр "МЕМОРИАЛ", Союз общественных объединений "Российский исследовательский центр по правам человека", Автономная некоммерческая организация "Дальневосточный центр развития гражданских инициатив и социального партнерства", Общественная организация "Пермский региональный правозащитный центр", Фонд "Гражданское действие", Межрегиональный общественный фонд содействия развитию гражданского общества "ГОЛОС-Урал", Автономная некоммерческая организация "Центр независимых социологических исследований", Негосударственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышение квалификации) специалистов "АКАДЕМИЯ ПО ПРАВАМ ЧЕЛОВЕКА", Свердловская региональная общественная организация "Сутяжник", Межрегиональная благотворительная общественная организация "Центр развития некоммерческих организаций", "Частное учреждение в Калининграде по административной поддержке реализации программ и проектов Совета Министров северных стран", Региональная общественная благотворительная организация помощи беженцам и мигрантам "Гражданское содействие", Автономная некоммерческая организация "Центр антикоррупционных исследований и инициатив "Трансперенси Интернешнл-Р", Региональный Фонд "Центр Защиты Прав Средств Массовой Информации", Некоммерческое партнерство "Институт развития прессы - Сибирь", "Частное учреждение в Санкт-Петербурге по административной поддержке реализации программ и проектов Совета Министров Северных Стран", Межрегиональная общественная организация Информационно-просветительский центр "Мемориал", Межрегиональная общественная правозащитная организация "Человек и Закон", Фонд поддержки свободы прессы, Санкт-Петербургская общественная правозащитная организация "Гражданский контроль", Калининградская региональная общественная организация "Правозащитный центр", Региональная общественная организация "Общественная комиссия по сохранению наследия академика Сахарова", Некоммерческое партнерство "Институт региональной прессы", Частное учреждение "Информационное агентство МЕМО. РУ", Фонд "Институт Развития Свободы Информации", Калининградская региональная общественная организация "Экозащита!-Женсовет", Фонд содействия защите прав и свобод граждан "Общественный вердикт", Межрегиональная общественная организация Правозащитный Центр "Мемориал", Евразийская антимонопольная ассоциация.
Иностранные СМИ, выполняющие функции иностранного агента: "Голос Америки", "Idel.Реалии", Кавказ.Реалии, Крым.Реалии, Телеканал Настоящее Время, Татаро-башкирская служба Радио Свобода (Azatliq Radiosi), Радио Свободная Европа/Радио Свобода (PCE/PC), "Сибирь.Реалии", "Фактограф", "Север.Реалии", Общество с ограниченной ответственностью "Радио Свободная Европа/Радио Свобода", Чешское информационное агентство "MEDIUM-ORIENT", Пономарев Лев Александрович, Савицкая Людмила Алексеевна, Маркелов Сергей Евгеньевич, Камалягин Денис Николаевич, Апахончич Дарья Александровна, Юридическое лицо, зарегистрированное в Латвийской Республике, SIA «Medusa Project» (регистрационный номер 40103797863, дата регистрации 10.06.2014), Общество с ограниченной ответственностью «Первое антикоррупционное СМИ», Юридическое лицо, зарегистрированное в Королевстве Нидерландов, Stichting 2 Oktober (регистрационный номер № 69126968), являющееся администратором доменного имени интернет-ресурса «VTimes.io», Баданин Роман Сергеевич, Гликин Максим Александрович, Маняхин Петр Борисович, Ярош Юлия Петровна, Чуракова Ольга Владимировна, Железнова Мария Михайловна, Лукьянова Юлия Сергеевна, Маетная Елизавета Витальевна, Юридическое лицо «The Insider SIA», зарегистрированное в Риге, Латвийская Республика (дата регистрации 26.06.2015), являющееся администратором доменного имени интернет-издания «The Insider», https://theins.ru, Рубин Михаил Аркадьевич, Гройсман Софья Романовна, Рождественский Илья Дмитриевич, Апухтина Юлия Владимировна, Постернак Алексей Евгеньевич, Общество с ограниченной ответственностью Телеканал Дождь, Петров Степан Юрьевич, Юридическое лицо Istories fonds, зарегистрированное в Латвийской Республике (регистрационный номер 50008295751, дата регистрации 24.02.2020), Шмагун Олеся Валентиновна, Мароховская Алеся Алексеевна, Долинина Ирина Николаевна, Шлейнов Роман Юрьевич, Анин Роман Александрович, Великовский Дмитрий Александрович, Общество с ограниченной ответственностью «Альтаир 2021», Общество с ограниченной ответственностью «Ромашки монолит», Общество с ограниченной ответственностью «Главный редактор 2021», Общество с ограниченной ответственностью «Вега 2021», Общество с ограниченной ответственностью «Важные иноагенты», Каткова Вероника Вячеславовна, Карезина Инна Павловна, Кузьмина Людмила Гавриловна, Костылева Полина Владимировна, Лютов Александр Иванович, Жилкин Владимир Владимирович, Жилинский Владимир Александрович, Тихонов Михаил Сергеевич, Пискунов Сергей Евгеньевич, Ковин Виталий Сергеевич, Кильтау Екатерина Викторовна, Любарев Аркадий Ефимович, Гурман Юрий Альбертович, Грезев Александр Викторович, Важенков Артем Валерьевич, Иванова София Юрьевна, Пигалкин Илья Валерьевич, Петров Алексей Викторович, Егоров Владимир Владимирович, Гусев Андрей Юрьевич, Смирнов Сергей Сергеевич, Верзилов Петр Юрьевич, Общество с ограниченной ответственностью «ЗП», Общество с ограниченной ответственностью «Зона права», Общество с ограниченной ответственностью «ЖУРНАЛИСТ-ИНОСТРАННЫЙ АГЕНТ», Вольтская Татьяна Анатольевна, Клепиковская Екатерина Дмитриевна, Сотников Даниил Владимирович, Захаров Андрей Вячеславович, Симонов Евгений Алексеевич, Сурначева Елизавета Дмитриевна, Соловьева Елена Анатольевна, Арапова Галина Юрьевна, Перл Роман Александрович, Общество с ограниченной ответственностью «МЕМО», Американская компания «Mason G.E.S. Anonymous Foundation» (США), являющаяся владельцем интернет-издания https://mnews.world/, Компания «Stichting Bellingcat», зарегистрированная в Нидерландах (дата регистрации 11.07.2018), Автономная некоммерческая организация по защите прав человека и информированию населения «Якутия – Наше Мнение», Общество с ограниченной ответственностью «Москоу диджитал медиа», Акционерное общество «РС-Балт», Заговора Максим Александрович, Ветошкина Валерия Валерьевна, Павлов Иван Юрьевич, Скворцова Елена Сергеевна, Оленичев Максим Владимирович, Общество с ограниченной ответственностью «Как бы инагент», Кочетков Игорь Викторович, Фонд развития книжной культуры «Иркутский союз библиофилов», Общество с ограниченной ответственностью «Честные выборы», Общество с ограниченной ответственностью «Нобелевский призыв», Еланчик Олег Александрович, Григорьева Алина Александровна, Григорьев Андрей Валерьевич, Гималова Регина Эмилевна, Хисамова Регина Фаритовна.
Лента новостей
Лента новостей
Новости – Инновации
Русская планета

Все дело в бутерброде

Странное поведение нового композита с графеном изучили на модели

Алексей Щербаков
4 августа, 2017 12:15
7 мин
Ученые Института математических проблем биологии РАН смоделировали пьезоэлектрические свойства нового композитного материала с графеном.  Работа опубликована в Journal of Molecular Modeling.
Бум на исследования, посвященные созданию новых материалов с графеном вполне объясним – любое открытие в этой области может перевернуть старые технологии!
А теперь немного вспомним физику. Пьезоэлектриками называют вещества, при деформации продуцирующие электричество. Это связано с упругим смещением электрических зарядов в молекулярной структуре под действием внешней силы. Однако есть и обратный пьезоэффект, когда материал сжимается или растягивается в электрическом поле. Пьезоэлектрики давно применяются в технике - пьезодатчиках, пьезосенсорах. Например, в датчиках давления, пироэлектрических матрицах для тепловизоров и многом другом. Сейчас им находят новые применения. К примеру, встраивают пьезогенератор в подошву обуви - человек ходит и при этом вырабатывает электричество.
После синтеза графен оказывается не абсолютно чистым, и включает в себя структуры оксида графена. В его гексагональную структуру, помимо углерода (С), входят атомы кислорода (О), водорода (Н) и  азота (N).
В 2012 году пьезоэлектрические свойства были открыты у одной из разновидностей графена. В свою очередь, композиты на основе полимера поливинилиденфторида (ПВДФ) отличаются высокими пьезоэлектрическими коэффициентами по сравнению с другими полимерными материалами. Поэтому появилось мнение, что графеновые частицы, встроенные в полимерную матрицу на основе ПВДФ, обеспечат большую электромеханическую и пироэлектрическую активность.
Исследователи из Московского института электронной техники под руководством Игоря Бдикина и Максима Силибина собрали тонкую композитную пленку поливинилиденфторида (ПВДФ) и политрифторэтилена (ПТФЭ) с добавлением графена и оксида графена (GO). Однако вместо ожидаемого увеличения получили уменьшение пьезоэлектрического эффекта!
Тогда Группой компьютерного моделирования наноструктур Института математических проблем биологии (ИМПБ) РАН под руководством Владимира Быстрова свойства нового материала были исследованы с помощью модели.
Сначала там построили компьютерную модель молекулярной цепи ПВДФ и ее поведения в электрическом поле. Владимир Быстров поясняет: «Молекулярная структура всегда стремится занять состояние энергетического минимума. Программа HyperChem позволяет находить это состояние. Затем на цепочку полимера накладывается имитация электрического поля и наблюдается, как деформируется цепочка. При отсутствии поля выгодно одно расположение молекул, при наличии - другое. По изменению высоты расположения молекул цепочки мы вычислили пьезоэлектрический коэффициент».
Цепочка полимера ПВДФ состоит из атомов водорода (Н), углерода (С) и фтора (F). Поскольку водород и фтор образуют диполь, имеющий заряды равные по величине и противоположные по знаку, между ними возникает направленный перпендикулярно цепочке дипольный момент. Сначала в модели нашли оптимальную конфигурацию без внешнего электрического поля, определили начальные оптимальные высоты цепи ПВДФ в ее центральной области (h1 и h2 на рис. b). После этого приложили электрическое поле и нашли оптимальную геометрию под действием электрического поля: цепочка сжалась и растянулась. В результате сравнения (рис. с) новых оптимизированных параметров (h1 и h2) с их начальными значениями (h10 и h20) получили значения деформации цепи и вычислили пьезокоэффициент.
Далее ученые построили модель с добавлением графена. Были проведены расчеты для самой простой гексагональной решетки с 54 атомами углерода (Gr54) и расположенными с разных сторон от нее цепочками полимера. Программа нашла оптимальное расстояние между слоями - оно оказалось около 4 ангстремов, и рассчитала пьезокоэффициент при наложении электрического поля.
Результаты компьютерной модели совпали с результатами эксперимента: двуслойный композит из полимера и графена снижает пьезоэлектрический коэффициент.
Поскольку в эксперименте использовался не чистый графен, а оксид графена, ученые рассмотрели более сложные решетки с группами OH, COOH и атомами азота, которые, как правило, входят в состав оксида графена после его синтеза. Таким образом, были построены еще несколько простых моделей для системы ПВДФ /оксид графена.
Пьезоэлектрические коэффициенты, рассчитанные для модели Gr54 / ПВДФ, оказались примерно в три раза ниже, чем для чистой цепочки ПВДФ! Таким образом, моделирование подтвердило результат эксперимента.
Владимир Быстров прокомментировал это так: «Первоначально в цепи ПВДФ присутствуют диполи, однако электрически индуцированные диполи присутствуют и в слое графена. Таким образом, слой графена экранирует диполи цепи ПВДФ от влияния электрического поля. Когда состав оксида графена или его ориентация относительно цепи ПВДФ изменяются, пьезоэлектрический коэффициент также изменяется, но основная тенденция остается той же.  Интересно, что угол поворота решетки в своей плоскости влияет на величину пьезоэлектрического коэффициента».
Тогда исследователи решили смоделировать поведение композита типа «сэндвич», в котором слои оксида графена занимают положение с обеих сторон цепи ПВДФ. И вот в этой модели пьезокоэффициент получился выше.
Согласно компьютерному моделированию, только трехслойный «сэндвич» из полимера и графена может усилить пьезоэффект.
В натурном эксперименте графен присутствовал в ПВДФ в количестве 1% в виде отдельных фрагментов. В результате ПВДФ взаимодействовал с GO только с одной стороны цепи. Это уменьшило пьезоэлектрический коэффициент.
При увеличении концентрации GO выше 1% в композите начинают образовываться сэндвич-кластеры. Эти кластеры, скорее всего, похожи на компьютерную модель сэндвича.  Двухслойная структура ПВДФ / GO приводит к уменьшению пьезокоэффициента, а структура сэндвича GO / ПВДФ / GO дает усиленный пьезоэлектрический отклик.
«Для меня было неожиданно, что самый простейший модельный подход позволит предугадать поведение структуры. В дальнейших экспериментах необходимо подробно исследовать взаимные ориентации, количество и изменения порядка слоев GO и ПВДФ» - подвел итог Владимир Быстров.
Теперь химики проверят в эксперименте выводы, полученные при моделировании.
Поделиться
ТЕГИ
наука
поддержать проект
Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе
Маленькая чашка кофе
cup
200 ₽
Средняя чашка кофе
cup
300 ₽
Большая чашка кофе
cup
500 ₽
Большая чашка кофе и что-то вкусное
cup
900 ₽
Нажимая на кнопку «Поддержать», я принимаю пользовательское соглашение, политику конфиденциальности и подтверждаю свое гражданство РФ
Кто может поддержать проект?
Поддержать проект могут только граждане России. Поддержка осуществляется только в рублях. В соответствии с требованием закона.
Лень сёрфить новости? Подпишись и БУДЬ В КУРСЕ