академик

АР

Хохлов

Умные полимеры

Полимеры

-

длинные линейные цепи состоящиеиз

большого

(N gtgt1) числа

одинаковых

звеньев

Для

синтетических

полимеров как

правило N ~ 102

-104Для

ДНК

N ~ 109

-1010

Что

такое

полимер

полиэтилен

полистирол

поливинилхлорид

Электронная

микрофотография

макромолекулы

ДНК частично высвобожденной

через

дефекты

мембраны

Полимеры

как

длинные

молекулярные

цепи

Полимеры

вокруг

нас

Пластмассы Резины

Волокна Пленки

Полимеры

вокруг

насЖивые

системы

Физические

свойства

полимеров определяются

тремя

основными

факторами1

Мономерные

единицы

связаны

в

длинные

цепи

У

них

нет

свободы

независимого

трансляционного движения

Полимерные

системы

бедны

энтропией2

Число

мономерных

единиц

в

цепи

велико N gtgt 1

3

Полимерные

цепи

гибкие

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Полимеры

-

длинные линейные цепи состоящиеиз

большого

(N gtgt1) числа

одинаковых

звеньев

Для

синтетических

полимеров как

правило N ~ 102

-104Для

ДНК

N ~ 109

-1010

Что

такое

полимер

полиэтилен

полистирол

поливинилхлорид

Электронная

микрофотография

макромолекулы

ДНК частично высвобожденной

через

дефекты

мембраны

Полимеры

как

длинные

молекулярные

цепи

Полимеры

вокруг

нас

Пластмассы Резины

Волокна Пленки

Полимеры

вокруг

насЖивые

системы

Физические

свойства

полимеров определяются

тремя

основными

факторами1

Мономерные

единицы

связаны

в

длинные

цепи

У

них

нет

свободы

независимого

трансляционного движения

Полимерные

системы

бедны

энтропией2

Число

мономерных

единиц

в

цепи

велико N gtgt 1

3

Полимерные

цепи

гибкие

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Электронная

микрофотография

макромолекулы

ДНК частично высвобожденной

через

дефекты

мембраны

Полимеры

как

длинные

молекулярные

цепи

Полимеры

вокруг

нас

Пластмассы Резины

Волокна Пленки

Полимеры

вокруг

насЖивые

системы

Физические

свойства

полимеров определяются

тремя

основными

факторами1

Мономерные

единицы

связаны

в

длинные

цепи

У

них

нет

свободы

независимого

трансляционного движения

Полимерные

системы

бедны

энтропией2

Число

мономерных

единиц

в

цепи

велико N gtgt 1

3

Полимерные

цепи

гибкие

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Полимеры

вокруг

нас

Пластмассы Резины

Волокна Пленки

Полимеры

вокруг

насЖивые

системы

Физические

свойства

полимеров определяются

тремя

основными

факторами1

Мономерные

единицы

связаны

в

длинные

цепи

У

них

нет

свободы

независимого

трансляционного движения

Полимерные

системы

бедны

энтропией2

Число

мономерных

единиц

в

цепи

велико N gtgt 1

3

Полимерные

цепи

гибкие

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Полимеры

вокруг

насЖивые

системы

Физические

свойства

полимеров определяются

тремя

основными

факторами1

Мономерные

единицы

связаны

в

длинные

цепи

У

них

нет

свободы

независимого

трансляционного движения

Полимерные

системы

бедны

энтропией2

Число

мономерных

единиц

в

цепи

велико N gtgt 1

3

Полимерные

цепи

гибкие

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Физические

свойства

полимеров определяются

тремя

основными

факторами1

Мономерные

единицы

связаны

в

длинные

цепи

У

них

нет

свободы

независимого

трансляционного движения

Полимерные

системы

бедны

энтропией2

Число

мономерных

единиц

в

цепи

велико N gtgt 1

3

Полимерные

цепи

гибкие

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Изменение

основной

проблематики при

исследованиях

полимеров

До

1980 полимеры

как

конструкционные материалы

(пластмассы резины

волокна пленки клеи)После

1980 полимеры

как

функциональные

материалы

(суперабсорбенты проводящие

полимеры полимеры

для

оптики полимеры

для

медицины)После

2000 умные

полимеры

(разные

функции

в

различных

условиях)

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Гели

ndash

суперабсорбенты

Гель набухший

в

растворителе

сшивки

полимерныецепи

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Применение

гелей-суперабсорбентов

сельское

хозяйство

строительство

подгузники

упаковочный

материал

Гели

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Важность

ограничения

водопритоков

В

мире

в

среднем

добывается

водаводанефтьнефть

Ежегодно

более

40 млрд долларов

расходуется

на отделение

и

регенерацию

никому

не

нужной

воды

3 3 тоннытонны

водыводынана

1 1 тоннутонну

нефтинефти

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

laquoУмныеraquo

полимеры

дляограничения

водопритоков

водавода водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

нефтьнефть

ПолимернаяПолимернаяжидкостьжидкость

НефтьНефть((безбез

водыводы) )

ЗадачаЗадача

найти

систему

которая

находит

приток

воды

и блокирует

его но

не

препятствует

течению

нефти

Требования

к

полимерамbull

низкая

вязкость

при

закачиванииbull

образование

геля

при

контакте

с

водойbull

сохранение

низкой

вязкости

при

контакте

с

нефтью

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Физический

гельГидрофобный

агрегат

гидрофобныезвенья

гидрофильныезвенья

Гидрофобно

ассоциирующие полимеры

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Состав

полимера

|C=O|NH2

|C=O|O-

Na+

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

- ( CH2

-

CH-)z

-

|(CH2

)n|CH3

3 типа

мономерных единиц

гидрофобные

единицы

гидрофильные

заряженные

единицыгидрофильные

незаряженные

единицы

Mw

=

1 000 000

0-20 mol 0-3 mol n = 8 11

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

водавода

нефтьнефть

нефтьнефть

РастворРастворполимераполимера

bull Если

закачать

в

скважину

водный

раствор

гидрофобно

ассоциирующего полимера он

образует

физический

гель

во

всем

объеме

скважины

bull Гель

заблокирует

течение

не

только

воды но

и

нефти

Как

использовать

такие

полимеры для

ограничения

водопритоков

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

нефть вода

нефть вода

Как

сделать

систему

laquoумнойraquo

Ингибитор

гелеобразования

Не

образует гель

ndash

ингибитор не

растворяющийся

в

нефти остается

в

полимерном

растворе

Образует гель

ndash

ингибитор растворяющийсяв воде

покидает

полимерный

раствор

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

01 1 1001

1

10

ηlowast

Pa

s

G

G

(Pa)

G G

f Hz

1

10

ηlowast

001 01 1 10

1

10

100

1000 G G

G

G

(Pa)

f Hz

нефть вода

Gprime=016

Pa Gprime=67

Pa

Ассоциирующий

полимер

amide 15-C1215AA

Избирательное

гелеобразование

Раствор

с

низкой

вязкостью Гель

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Вывод

Разработана laquoумнаяraquo полимерная система дляконтроля водопритоков в нефтедобывающейскважине Она сама находит место притока воды иблокирует его

1)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR

Patent GB

2393962 A (2004)2)

Зарослов

ЮД Филиппова

ОЕ Благодатских

ИВ Хохлов

АР Патент

Российской

Федерации

RU 2276675 (2006)3)

Zaroslov YuD Filippova

OE Blagodatskikh IV Khokhlov AR US patents 7151078

(2006)

and 7287588 (2007)4)

Shashkina YuA Zaroslov YuD Smirnov VA Philippova OE Khokhlov AR Pryakhina

TA Churochkina

NA Polymer

2003 v44 N 8 pp2289 ndash

2293

Публикации

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Дизайн

laquoумныхraquo

полимерных систем

для

нефтедобычи

bull

Блокирование

водопритоков

в

скважине

bull

Гидроразрыв

пласта

Два

направленияиспользованияв нефтедобыче

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

bull

Жидкости

для

гидроразрыва

пласта

используют

для

создания

и заполнения

искусственных

трещин

в

нефтеносном

пласте

(их

длина

может

достигать

нескольких

км)

Эта

искусственная

система

имеет

более высокую

проницаемость

по

отношению

к

нефти

по

сравнению

с

породой

Твердые

частицы

пропанта

(песка

или

керамики) взвешенные

в

высоковязкой

среде

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Вязкоупругие

ПАВ

C Flood CA Dreiss

et al Langmuir 2005 v21 p7646

Cryo-TEM изображения

45 вес водного

раствора

олеата

калия

в

присутствии

2 KCl

Вязкоупругие

ПАВ

в

воде

образуют

очень

длинные цилиндрические

мицеллы

Эти

мицеллы

могут

перепутываться

друг

с

другом образуя сетку обладующую

вязкоупругими

свойствами

гидрофобная

часть

гидрофильная

часть

цилиндрические

мицеллы сетка

200nm

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

C8

H17 ndash CH = CH ndash C12

H24 ndash

N+

ndash CH3

CH2 CH2

OH|

|CH2 CH2

OH

Cl-

C8

H17 ndash CH = CH ndash C8

H16 ndash

COO- K+

Анионные

ПАВОлеат

калия

Вязкоупругие

ПАВ

Катионный

ПАВ

J508Erucyl

bis(2-hydroxyethyl)methylammonium

chloride

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

200C

Влияние

углеводородов Реология

Раствор 6 вес KCl

в воде

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

приводит

к

уменьшению вязкости

на

5 порядков

10-2 100 102 104

10-3

10-2

10-1

100

Shear rate 1s

Vis

cosi

ty P

as

до

после

Олеат

калия 04 вес

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

сферическиесферические

мицеллымицеллы

Влияние

углеводородов SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородами

вызывает

переход

мицелл

из цилиндрической

в

сферическую

форму приводит

к

разрушению

сетки

n-гептан

ЦилиндрическиеЦилиндрические

мицеллымицеллы

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

I cm

-1

Q Aring-1

12

до

после

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

001 01 110-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

104

II

I

21

Vis

cosi

ty (P

аs)

Concentration of surfactant (wt)

600C

bull

Нагревание

от

20 до

600С

приводит

к

снижению

вязкости

на

2 порядка которое

происходит

в

результате

укорачивания

мицеллярных

цепей

200C

η = G0τ

1E-3 001 01 1 10

001

01

1

ω1

ω1ω

1

G``G``

G``

G`G`

G`

G`

G``

(Pа)

ω (rads)

200C

400C600C

_

0`` LlGGмин asympτ=1ω

Влияние

температуры

Раствор 3 вес KCl

в воде

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Вязкоупругие

ПАВ для

гидроразрыва

пласта

Преимущества

вязкоупругих

ПАВ

-

чувствительны

к

углеводородам

Это

особенно

важно

на

этапе когда пространство

в

порах

между

частицами

пропанта

должно

быть

очищено

для прокачки

нефти

Недостатки

вязкоупругих

ПАВ

в

качестве модификаторов

вязкости

-

высокая

стоимость-

уменьшение

вязкости

при

повышенных

температурах

характерных

для

подземных приложений

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Упрочнение

сетки

при

добавлении полимера

мицеллярныемицеллярные цепицепи

полимерныеполимерные цепицепи

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Полимер

|C=O|NH2

|C=O|NH

-(CH2

-

CH-)x

- ( CH2

-

CH-)y

-

|(CH2

)11|CH3

гидрофобныеединицыгидрофильные

незаряженныеединицы

01-02 mol

Mw

=800 000 gmol

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

001 01 110-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

полимер

02-С12 концентрация 05

весраствор 3 вес

KCl

в воде

600C

bull

Вязкость

системы

полимерПАВ

на

4 порядка

больше

чем

вязкость полимера

и

ПАВ рассматриваемых

отдельно

polymer

polymerJ508

J508

Увеличение

вязкости

мицеллярныемицеллярные

цепицепи

полимерныеполимерные

цепицепи

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

001 01 110-4

10-2

100

102

polymerJ508 J508

J508

Vis

cosi

ty (P

as)

Concentration of surfactant (wt)

200C600C

600C

Влияние

температуры

Полимер

02-С12 концентрация 05

wtраствор 3 wt KCl

в воде

bull

Система

полимерПАВ

более

устойчива

к

нагреванию и при 60 0C она обладает

намного

более

высокой

вязкостью

чем

ПАВ

при

20 0C Это

происходит

благодаря

тому что

полимерные

цепи

не

разрушаются

и рекомбинируют

подобно

мицеллам

вязкоупругого

ПАВ

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Чувствительность

к

углеводородам Реология

bull

Углеводороды

вызывают

понижение

вязкости

на

3-4 порядка

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

04 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-4 10-2 100 102 10410-4

10-2

100

102

Vis

cosi

ty (P

as)

Shear rate (s-1)

после

до

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

hydrocarbon

Чувствительность

к

углеводородам SANS

bull

Взаимодействие

с

углеводородом

приводит

к

переходу

мицеллы

из червеобразной

формы

в

сферическую

и

к

полному

разрушению

сетки

Полимер

02-С12

05 весОлеат

калия

3 весРаствор 6 вес

KCl

в воде

10-2 10-1

10-2

10-1

100

101

2

I (cm

-1)

Q (Aring-1)

1

после

до

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Вывод

Добавление полимера существенно увеличиваетвязкость ПАВ особенно при повышении температуры(600 C) в тоже время не оказывает влияние на основноепреимущество систем с ПАВ ndashуменьшение вязкости привзаимодействии с углеводородами

Публикации1)

Shashkina JA Philippova OE Zaroslov YuD Khokhlov AR Priakhina TA Blagodatskikh IV Langmuir 2005 v21 N4 pp1524-1530

2)

Molchanov

VS Philippova OE Khokhlov AR Kovalev

YuA Kuklin AI Langmuir

2007 v23 N1 pp105-111

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Полимерные

жидкости чувствительные

к

магнитному

полю

ЦельЦель

работыработы

ndashndash

изучитьизучить

магнитныемагнитные

полимерныеполимерные жидкостижидкости

с

важными

и

инновационными

физико-реологическими

свойствами

для применения

в

нефтяной

и

газовой

промышленности

Применение

bullbull

направленныйнаправленный

транспорттранспорт

жидкости

в

скважине под

действием

магнитного

поля

bullbull

изменениеизменение

реологииреологии

жидкости

в

скважине

под действием

магнитного

поля

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Метод

зональная изоляция

под

действием магнитного

поля

Полимер 014-03 вес (C)Раствор вода

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

натрияbull магнитные

частицы

Ca2+

Ca2+

CaCl2

альгинат

= линейный

мультиблок-сополимер

szlig-D-mannuronate

(M) and α-L-guluronate

(G)

альгинат

микрогели сшитые

Ca2+

Подобные

сшивки

можно

образовать

с

помощью

ионов

Ba2+

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Приготовление

магнитных

гранул

bull альгинат

TrisHClbull магнитные

частицы

bull сшивающий

агент

CaCl2

растворитель

альгинат

гель сшитый

Ca2+

Магнитные частицы

сшивающий агент1-3 wt Ca

2+

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Магнитные

частицы

Химформула

Произво-дитель

Размер частиц

нм

Намагни- ченость

насыщенияemug

Остаточная намагни-

ченостьemug

Коэрци- тивная

сила Oe

Fe3

O4 Aldrich 031 100 197 95

γ-Fe2

O3 GNIKTEOS 08 (anisometry

120)

80 40 320

CoOFe2

O3

GNIKTEOS 05 80 60 670

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Магнитные

гранулы

1

32

(1)

Гранулы

безнаполнителя

(2)

Магнитные

гранулыcoдержащие

Fe3

O4

(3)

Магнитные

гранулыcoдержащие

γ-Fe2

O3

1 cм

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Метод инкапсулирование

сшивающего

агента

Магнитные частицы

сшивающий агент

Гранулы Капсулы

bull

Выделение

сшивающего

агента

с

помощью

магнитного

поля

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

1

ndash

гранула

в

растворе

поливинилового

спирта

2 ndash

разрушение

гранулы

в

магнитном

поле

3 ndash

образование

геля

в

результате

выделения

сшивающего

агента

из гранулы

Сшивание

поливинилового

спирта вызванное

магнитным

полем

21 3

Магнитное

поле

вызывает

ориентацию

частиц

магнитного

наполнителя

и

соответственно деформацию

и

разрушение

гранул Сшивающий

агент

из

разрушенных

гранул

попадает

в

раствор

полимера там

растворяется

и

вызывает

образование

геля

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Какие

полимеры

самые

умные

Живые

системы

Они

могут

выполнять

несравненно

более

сложные

и разнообразные

функции чем

любые

системы

искуственно

созданные

человеком

Биомиметический

подход изучить

как

устроены биополимерные

структуры

в

живых

системах и

реализовать

аналогичные

типы

самоорганизации

для синтетических

полимерных

систем

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

ДизайнДизайн

последовательностейпоследовательностей

вв сополимерахсополимерах

Уникальная

пространственная

структура

многих

биополимеров

(например глобулярных

белков) определяется

последовательностью

звеньев

в

цепи

Можно

ли

добиться

аналогичной

самоорганизации

для

синтетических

полимеров

laquoрегулируяraquo

в

них

последовательность

звеньев

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Khokhlov

AR Khalatur

PG Physical

Review

Letters

1999

82(17)

3456

Глобулярные

белки-ферменты1 Растворимы

в

водных

средах

2 Находятся

в

водных

средах

в

глобулярном

состоянии

Для

гомополимеров

и

случайных сополимеров

эти

два

условия

противоречат

друг

другу

Гидрофобные

A-звенья

формируют

плотное

ядро

глобулы а

гидрофильные

B-звенья

образуют

стабилизирующую

оболочку

для

этого

ядраВопрос можно

ли

сконструировать

такую

AB-

последовательность

в

синтетических

сополимерах чтобы

в наиболее

плотной

глобулярной

конформации

все

A-звенья

были

бы

в

ядре

глобулы а все B-звенья

составляли

бы оболочку

этого

ядра

белковоподобные

AB-сополимеры

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Компьютерная

реализация белковоподобных

АВ-сополимеров

Включаем

сильноепритяжение

между

звеньями Формируется гомополимерная

глобула

Стадия

2

Гомополимерный

клубок

с исключенным

объемом

Стадия

1

Рассматриваетсяldquoмгновеннаяфотографияrdquo

глобулы

Звенья

на

поверхности

красятся зеленым

и

называются

гидрофиль-

ными Звенья

в

ядре

отмечаются красным

и

называются

гидрофоб-

ными После

этого

первичная структура

цепи

фиксируется

Стадия

3

Убираем

равномерное

сильное притяжение

и

включаем

потенциалы

взаимодействия различные

для

зеленых

и

красных

звеньев Белковоподобный сополимер

готов

Стадия

4

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

bull

Белковоподобны й

bull

сополимерbull

ltRg2gtcore=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

ДвеДве

белковоподобныебелковоподобные глобулыглобулы

вв

условияхусловиях

плохогоплохого

растворителярастворителя

Распутывание

двух

laquoслепленныхraquo белковоподобных

глобул

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

27 белковоподобных

глобул

в

концентрированномрастворе

не

агрегируют

H H H

P P

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Нагревание

до

T=4 и

охлаждение

до

T=1

Около

20 глобул

образуют

агрегаты

H H H

P P

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования стабильного

раствора

белковоподобных

глобул

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Berezkin AV Khalatur PG Khokhlov AR J Chem Phys 2003 118 8049

ТЕРМООБРАТИМОСТЬ

образования

стабильного раствора

белковоподобных

глобул

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Сополимеризация

с

одновременным образованием

глобулы

экспериментальная

реализацияbull

IV Lozinsky AR Khokhlov etal

bull

Доклады

АН

(серия

химическая) 2000 v375 p273bull

Macromolecules 2003 v36 p7308

ndash

N-винилкапролактам

+ N-винилимидазол

bull

Chi Wu etal Macromolecules 2002 v35 p2723ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилпирролидон

bull

IYu Galaev B Mattiasson

etal Macromol Biosci 2002 v2 p33

ndash

N-изопропилакриламид

+ N-винилимидазол

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Коллагеноподобная

глобула

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

КонцепцияКонцепция

эволюцииэволюциивв

наукенауке

оо

полимерахполимерах

bull

Биополимеры

(белки ДНК РНК)

обладают сложными

последовательностями

мономерных

звеньев кодирующими

их функции

иили

структуру

bull

Эти

последовательности

должны статистически

отличаться

от

случайных

главным

образом

с

точки

зрения информационного

наполнения

bull

С

другой

стороны в

самом

начале

эволюции первые

сополимеры

могут

быть

только

случайными

(нулевая

информационная наполненность)

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Вопрос

как

можно

описать

увеличение информационной

сложности

последовательностей

сополимеров

в

ходе

молекулярной

эволюции

Поскольку

информационная

наполненность

ndash

математически определяемая

величина этот

вопрос

количественный

В

виду

недостатка

информации

о

ранней

предбиологической эволюции этот

вопрос

чрезвычайно

сложен Следовательно

особый

интерес

представляют

laquoигрушечные

моделиraquo эволюции

последователностей демонстрирующие

различные

возможности

возникновения

статистической

сложности

в последовательностях

Этого

достигается

введением

взаимосвязи

конформаций полимерных

цепей

и

эволюции

последовательностей

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Как

ввести

явно

концепцию

эволюции

последовательностей

всхему

генерации

белковоподобных

сополимеров

Формированиеначальной

белковоподобной последовательно- сти

Сворачиваниев

новую

глобулу

из-за

притяженияH-звеньев

laquoПерекраскаraquoво

вновь

свер-

нувшейсяглобуле

Переходв клубок

Сворачиваниев

новую

глобулу

etc

Вопрос

ведет

ли

эта

эволюция

к

увеличению

сложности (восходящая

ветвь

эволюции) или

мы

закончим

на

некоторой

тривиальной

последовательности

(нисходящая ветвь

эволюции)

В

результате

мы

получим

некоторую

эволюциюпоследовательностей которая

зависит

от

параметров

взаимодействий

процесса

сворачивания

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Белковоподобныйсополимер

ltRg2gtcore

=741

Случайный

сополимер

ltRg2gtcore

= 1066

Случайно-блочный

сополимер ltRg

2gtcore

=994

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Khalatur PG Novikov

VV Khokhlov AR Phys Rev E 2003 67 051901

ldquoМНОГОКРАТНАЯ

ПОКРАСКА

ГЛОБУЛЫrdquo

= покраска

+ уравновешивание

(Молекулярная

динамика) +новая

покраска

+ hellip

и тд

εHH

= 2kT

εPP

= ε

переменная

(в единицах kT)

ldquoAscending branchrdquo

of evolution

ldquoDescending branchrdquo

of evolution

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Топливные

элементы устройство

и принцип

действия

Электрическая

схема(эффективность

40 ndash

60)

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Электрохимический

процесс

и

прямое сгорание

топлива

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Сравнение

эффективности

различных способов

генерации

электричества

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Н2О

О2

Н2

Ключевая

составляющая

топливных элементов полимерная

мембрана

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Требования

к

полимерной

мембране ТЭ

bull

Хорошая

протонная

проводимость

bull

Отсутствие

электронной

проводимости

bull

Низкая

газопроницаемость

по

водороду

и

кислороду (для

эффективного

разделения

реагентов)

bull

Достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Химическая

структура

(Nafion

и аналоги)

x = 6-10 y = z = 1bull

DuPont

bull

Asahi

Glasbull

Asahi

Chemicals

CF2 CF2 CF CF2

OCF2CF

CF3

O(CF2)2SO3H

x y

z

bull

х

= 3-10 y = 1 z = 0bull

Dow

Chemical X+

X+

X+X+

X+

X+

X+

X+ полианион

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Морфология

мембран

из

Нафиона

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Огибающая

гидрофобной части

Микрофазное

расслоение

Образование

гидрофильных кластеров

(размер

asymp

35

Aring)

Водные

каналы

(

asymp

10

Aring)окруженные

SO3

группами

Микрофазное

расслоение

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Преимущества

и

недостатки

классических перфторсульфоновых

мембран

Преимуществаbull

хорошая

протонная

проводимостьbull

достаточная

механическая

прочность

и

химическая стабильность

bull

низкая газопроницаемость

Недостаткиbull

проводимость

определяется

наличием воды

(невозможность

работы

при

повышенных температурах

необходимость

работы

с увлажненными

газами)

bull

высокая

стоимость

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Преимущества

ТЭ работающих

в среднетемпературном

интервале

(140 ndash

180degС)1

Повышение

эффективности

всех

электрокаталитических

процессов

2

Возможность

использования

в

качестве

топлива технического

водорода

с

примесями

окислов

углерода

le

50 000 ppm

(1СО)

3

Вода

всегда

в

состоянии

водяного

пара который можно

использовать

для

когенерации

тепла

4

Упрощение

систем

охлаждения

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Новые

мембраны

для

топливных

элементовПолибензимидазол

на

основе

44rsquo-

дифенилфталиддикарбоновой

кислоты

и 33rsquo44rsquo-тетрааминодифенилового

эфира

(ПБИ-О-ФТ)

CO

C

O

NH

N

O NH

N

ПБИ-О-ФТ

-02 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 2400

02

04

06

08

10

00

01

02

03

04

05

06

напряжение

Напряже

ние

В

Плотность тока Асм2

Мощ

ность

Вт

мощность

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Фотография

двух мембранно-

электродных

блоков изготовленных

с

использованием

ПБИ мембраны

Размер

активной поверхности

2222мм

Микрофотография

поперечного среза

МЭБ

В

центральной

части

фотографии отчетливо

видна

ПБИ

мембрана

и

активные

слои

по

обе

стороны

от нее Вблизи

правой

и

левой

границ

фотографии

видна

структура

бумаги TORAY Толщина

активных

слоев

~50мкм

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Применение

топливных

элементовbull

Электрогенерация

в

сложных

условиях

ndash

Подводные

лодкиndash

Космические

корабли

ndash

Военное

применение

bull

Автомобилестроение

bull

Энергоустановки

для

ЖКХ

bull

Портативные

устройства

bull

Электростанции

на

ТЭ

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Пример

современного

автомобиля

на

ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV

Curve Weight

1790Seating capacity

5

Top speed (kmh)

150Cruising range (km)

370

Max power (kW)

90

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Энергоустановки

на

ТЭ

для

ЖКХbull

Децентрализованное

электро-

и

теплоснабжения

объектов

ЖКХbull

Интегрированные

электрохимические

энергоустановки

с

использованием

возобновляемых источников

энергии

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Наименее

всего

требовательны

к

стоимости

за

кВт

НоНаиболее

требовательны

к

удобству

пользования

инфраструктуре

и

габаритам

Портативные

устройства

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

За

последние

10 лет

платина

подорожала

более

чем

в

5 разВ

основном

спрос

формируется

bull

Украшения

( более

65)bull

Автомобильные

фильтры-нейтрализаторы

выхлопных

газов

(особенно

с

введением

Евро-4 и Евро-5)

Рост

мировых

цен

на

платину

ndash катализатор

для

топливных

элементов

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 20090

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

цена

платины

USD

за тройскую

унцию

годы

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

bull

Сейчас

самой

многонаселенной

страной

является

Китай где

живут

13

млрд

человек В

2050 году

его

опередит

Индия население

которой

достигнет

16 млрд

человек

bull

Растущий

доход

населения

в Китае

и

Индии

Украшения

из

платины

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Новый

класс

магнитных

эластомеровНовый

тип

композита представляющего

собой

высокоэластичную

полимерную

матрицу

с диспергированными

в

ней

магнитными

частицами

нано-

или

микронного

размера

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙПОЛИМЕР

наночастицыполимерная

матрица

Сочетание

магнитных

и

упругих

свойств

приводит

к появлению

уникальной

способности

материала

к

обратимому

изменению

размера

и

вязкоупругих

свойств

во внешнем

магнитном

поле

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Широкие

возможностипрактического

применения

новых

материалов

в

однородных

полях в

неоднородных

полях

магнитоконтролируемый

модуль упругости

гигантская магнитострикция

HHnabla

Влияние

магнитных

полей

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Магнитоуправляемые

эластомеры

bull

Синтез

магнитных

эластомеров

bull

Вязкоупругое

поведение магнитоуправляемых

эластомеров

в

магнитных

полях

bull

Возможные

области

применения

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Синтез

магнитных

эластомеровСиликоновые

полимерные

матрицы

марки

СИЭЛ

(ГНИИХТЭОС) A силиконовый

олигомер

с

винильными

группами

В силиконовый

олигомер

с

гидридными

группами

+ платиновый

катализатор

Реакция equiv

SindashCH=CH2

+ HSi

equiv rarr [equiv

SiCH2

CH2

Si equiv]n

Магнитные

частицы Fe 2 мкм 3 ndash

40 мкмFe3

О4

02 ndash

05 мкм

Полимеризация композиции

при

100

ndash

1500C + SHF 24 ГГц

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Синтез

структурированных

магнитных эластомеров

H

Полюса

магнита

a 400 μm b 400 μm c 400 μm

5 об Fe 12 об Fe 25 об Fe

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

s N

PB)

Вязкоупругое

поведение

Вязкоупругое

поведение

в

однородных

магнитных

поляхпри

растяжении

(A)

при

сжатии

(B)при

статическом

сдвиге

(C)

при

динамическом

сдвиге

(D)

P

S N

A)

P

S N

C)

SN

D)

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Статические

измерения

модуля

упругости в

однородном

магнитном

поле

Типичная

зависимость напряжения

от

деформации при сжатии в магнитном

поле

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21Nom

inal

Stre

ss к

Pa

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Fx

H

Напряжение

кПа

bull

1-2

гигантская

магнитострикцияbull

2-3-4

нагрузка-разгрузка ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей

напряжение-нагрузка

в

магнитном

полеbull

4-1

наличие

больших

остаточных

деформаций

ndash

появление

свойства

пластичности

(или

эффекта

памяти)

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Структура

поверхности

в

отраженном свете

H = 0 H = 2 kOe

50 μm

Структурирование

поверхности

происходит

в

однородном магнитном

поле

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

существенный

гистерезисH

Гигантская

магнитострикцияЗависимость

отношения

начальной

длины

образца

и

длины

в

магнитном

поле

от

величины

магнитного

поля

00 02 04 06 08100

104

108

112

116

120

Sam

ple

leng

th L

L

0

Magnetc field H (Tesla)

Fe 35

Длина

образца

LL

0

Магнитное

поле

H Тл

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Ярко

выраженный

гистерезис

зависимостей напряжение-нагрузка

в

магнитном

поле

02 04 06 08 10

1

2

3

H=001T

Напряжение

кПа

-(λ-λ-2)

H=005T

Площадь

гистерезиса

растет

с

ростом

интенсивности магнитного

поля

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Эффект

пластичности

(или

эффект

памяти) индуцированный

магнитным

полем

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Остаточная

деформация

в

однородном магнитном

поле

1E-3 001 01 106

07

08

09

10

Fe3O4 μ=140

Fe3O4 μ=243

Fe μ=71 Fe μ=223 Fe μ=276

Magnetic filed H Т

rela

tive

com

pres

sion

λ(Η

)λ(0

)

bull

Зависит от типа магнитных частицbull

Возрастает

с

увеличением

содержания

магнитных

частиц

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Статические

измерения

модуля

упругости

05 10 15

5

10

15

20

04

3

21

-(λ-1λ2)

H=0 H=015T

Напряжение

кПа

05 10 15

0

2

4

6

8

-(λ-1λ2)

1

23

4

5

6

7

Напряжение

кПа

Модуль

упругости определяется

наклоном

этой

части

кривой

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Модуль

упругости

магнитоуправляемых эластомеров

в

однородных

магнитных

полях

10-3 10-2 10-1 100

100

101

102

Fe μ=30 Fe μ=20 Fe μ=10 Fe3O4 μ=15

Fe3O4 μ=25

rela

tive

shea

r mod

ulus

G(H

)G(0

)

Magnetic field H Тbull

Модуль

упругости

G

возрастает

с

ростом

напряженности

магнитного

поля bull

Наблюдается

возрастание

модуля

упругости

на

два

порядка

bull

Насыщение

зависимостей

G(H)

при

некотором

значении

поля

Hcr

bull

Значение

G

зависит

от

типа

и

количества

магнитного

наполнителя

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

250

G

G

kPa

f Hz

1

122

Зависимость

динамического

модуля

упругости

Grsquo

(1rsquo2rsquo) и модуля

потерь

Grsquorsquo

(1rsquorsquo2rsquorsquo) от

частоты

осцилляций

в

магнитном

поле

(1rsquo2rsquo)

и

в

отсутствие

поля

(1rsquorsquo2rsquorsquo)

Динамический

модуль упругости

и

модуль

потерь

возрастают

на

2 порядка

Динамические

измерения

модуля

упругости

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Структурированные

композиты

0 50 100

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

Fe d~1-70microm μ=35

G P

a

H mT

FH

FH

F

H

F

H

Наибольшее

значение

G наблюдается

при

параллельно ориентированных

F и

H

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Поведение

материалов

в

переменном магнитном

поле

соленоид

A

V=0 V=0-200V

образец

Деформация

образца

внутри соленоида

под

действием

магнитного

поля

Амплитуда

колебаний

как функция

частоты

магнитного

поля

для

разных

значений

H

0 20 40 60 8000

01

02

03

04 H = 40 mT H = 80 mT H = 120 mT H = 160 mT

Амплитуда

ω Гц

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Временные

зависимости

угла

вращения α для

образцов

с

различным содержанием

магнитного

наполнителя Cv

Эксперименты

по

демпфированию

0 10 20 3000

05

10

15

20

d

Cv []

H=0 H=150 Oe H=255 Oe H=400 Oe H=580 Oe

S N

m

Увеличение

содержания

магнитных

частиц

и напряженности

магнитного

поля

приводит

к

уменьшению

периода

осцилляций

и

росту декремента

затухания

d=ln(A1A2)

Cv=175

-90

-70

-50-30

-10

10

3050

70

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16t sec

deg

ree H=0

Н=580 Э

Cv=30

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

0 2 4 6

t sec

α d

egre

e Н=0

Н=580 ЭOeOe

t [с] t [с]α гр

адус

α гр

адус

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Уплотнение

больших

поверхностейВакуум

Манометер

Магнитный

композит

магнит

Уплотняемые

поверхностиМелкомасштабный

рельеф a=016 мм b=06 мм

Грубый

рельеф a=03 мм b=14 мм

Временные

зависимости

разницы

между

атмосферным

давлением

и

давлением в

трубке

для

различных

значений

напряженности

магнитного

поля

0 1000 2000 300000

02

04

06

08

10

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 32 mT H= 95 mT

0 500 1000 150000

03

06

09

p [bar]

time [s]

H= 0 H= 93 mT H= 116 mT H= 160 mT

Поверхность

с

мелким

рельефом Поверхность

с

грубым

рельефом

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан

Электромагнитный

клапан(патент

РФ)

0

02

04

06

08

1

12

14

0 50 100 150 200 250 300 350

Magnetic field H mT

Air

flow

V

Lm

in

P=05 kPa 1 kPa 15 kPa 2 kPa 25 kPa

Электромагнитный

клапан

SN

Pдисплей

сенсор

потока

клапанманометр

компрессорвыход

подача

газа

• Умные полимеры
• Slide Number 2
• Slide Number 3
• Slide Number 4
• Slide Number 5
• Slide Number 6
• Slide Number 7
• Гели ndash суперабсорбенты
• Применение гелей-суперабсорбентов
• Slide Number 10
• Slide Number 11
• Важность ограничения водопритоков
• Slide Number 13
• Slide Number 14
• Slide Number 15
• Slide Number 16
• Slide Number 17
• Slide Number 18
• Вывод
• Slide Number 20
• Slide Number 21
• Вязкоупругие ПАВ
• Вязкоупругие ПАВ
• Slide Number 24
• Slide Number 25
• Slide Number 26
• Вязкоупругие ПАВ для гидроразрыва пласта
• Упрочнение сетки при добавлении полимера
• Slide Number 29
• Slide Number 30
• Slide Number 31
• Slide Number 32
• Slide Number 33
• Вывод
• Полимерные жидкости чувствительные к магнитному полю
• Метод
• Приготовление магнитных гранул
• Приготовление магнитных гранул
• Магнитные частицы
• Магнитные гранулы
• Методинкапсулирование сшивающего агента
• Сшивание поливинилового спирта вызванное магнитным полем
• Slide Number 43
• Slide Number 44
• Slide Number 45
• Slide Number 46
• Компьютерная реализация белковоподобных АВ-сополимеров
• Slide Number 48
• Slide Number 49
• Slide Number 50
• ТЕРМООБРАТИМОСТЬ образования стабильного раствора белковоподобных глобул
• Slide Number 52
• Сополимеризация с одновременным образованием глобулы экспериментальная реализация
• Slide Number 54
• Slide Number 55
• Slide Number 56
• Slide Number 57
• Slide Number 58
• Slide Number 59
• Топливные элементы устройство и принцип действия
• Электрохимический процесс и прямое сгорание топлива
• Сравнение эффективности различных способов генерации электричества
• Ключевая составляющая топливных элементов полимерная мембрана
• Требования к полимерной мембране ТЭ
• Химическая структура (Nafion и аналоги)
• Морфология мембран из Нафиона
• Микрофазное расслоение
• Преимущества и недостатки классических перфторсульфоновых мембран
• Преимущества ТЭ работающих в среднетемпературном интервале (140 ndash 180degС)
• Новые мембраны для топливных элементов
• Slide Number 71
• Применение топливных элементов
• Пример современного автомобиля на ТЭ NISSAN X-TRAIL FCV
• Энергоустановки на ТЭ для ЖКХ
• Портативные устройства
• Рост мировых цен на платину ndash катализатор для топливных элементов
• Украшения из платины
• Новый класс магнитных эластомеров
• Влияние магнитных полей
• Магнитоуправляемые эластомеры
• Синтез магнитных эластомеров
• Синтез структурированных магнитных эластомеров
• Вязкоупругое поведение
• Статические измерения модуля упругости в однородном магнитном поле
• Структура поверхности в отраженном свете
• Гигантская магнитострикция
• Ярко выраженный гистерезис зависимостей напряжение-нагрузка в магнитном поле
• Эффект пластичности (или эффект памяти) индуцированный магнитным полем
• Остаточная деформация в однородном магнитном поле
• Статические измерения модуля упругости
• Модуль упругости магнитоуправляемых эластомеров в однородных магнитных полях
• Динамические измерения модуля упругости
• Структурированные композиты
• Поведение материалов в переменном магнитном поле
• Эксперименты по демпфированию
• Уплотнение больших поверхностей
• Электромагнитный клапан