Ученые улучшили материал с фазовым переходом

Ученые показали, как иначе можно улучшить свойства материалов с фазовым переходом. Результаты работы, поддержанной грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда, опубликованы в журнале Advanced Materials Interfaces.

Материалы с фазовым переходом способны накапливать и выделять большое количество тепла при переходе вещества из одной фазы в другую, в большинстве случаев — из твердого состояния в жидкое, и наоборот. В качестве таких материалов часто используются неорганические (гидраты солей, металлы) и органические материалы, среди которых наиболее оптимальными для применения считаются парафины. Парафины требуют много энергии, чтобы их расплавить, и не приводят к разрушению конструкционных материалов.

Обычно материалы c фазовым переходом применяют в виде крупных герметичных контейнеров различных форм и размеров, предотвращающих утечку материала в расплавленном состоянии. Но низкая способность передавать тепло (теплопроводность) большинства материалов с фазовым переходом привела к разработке и применению микрокапсул. Их можно добавлять в разные строительные конструкции, ткани и теплоносители. Такое решение позволяет сохранить материал в виде порошка, когда материал с фазовым переходом расплавлен. Капсулы тоже бывают органическими и неорганическими. Неорганические (оксиды титана или кремния) обеспечивают хорошую передачу тепла и низкую горючесть, но не могут полностью герметизировать ядро из парафина. Органические же полимеры формируют герметичную оболочку, но снижают способность передачи тепла и увеличивают горючесть.

Сотрудники Института общей и неорганической химии РАН имени Н. С. Курнакова (ИОНХ РАН) совместно с коллегами из Израиля и Сингапура предложили объединить преимущества органических и неорганических капсул: на частицы парафина, «обернутого» капсулой из органического меламинформальдегидного полимера, который используют в изготовлении пластиков и клеев, нанесли тонкое равномерное покрытие оксида цинка.

«В нашей работе впервые использован «пероксидный» метод для получения пленки оксида цинка при низкой температуре, что позволяет улучшить свойства материалов с фазовым переходом», — рассказывает руководитель проекта Александр Медведев, старший научный сотрудник ИОНХ РАН, кандидат химических наук.

Этот метод активно развивают и применяют в Лаборатории пероксидных соединений и материалов на их основе, где работает Александр, для получения тонких пленок различных оксидов и сульфидов. Пероксид цинка равномерно осаждается на поверхность капсул за счет образования прочных водородных связей с полимерной пленкой. Затем материал подвергают химической обработке водным раствором сульфита натрия, в результате чего пероксид восстанавливается и образует кристаллический оксид цинка на поверхности микрокапсул материала. Пероксид цинка, в отличие от оксида, кристаллизуется из раствора при нормальных условиях. Предложенный подход является уникальным, поскольку именно только так можно получить кристаллический оксид цинка при комнатной температуре, а потому не требуется дорогое и сложное оборудование. При этом сохраняется структура покрытия и обеспечиваются необходимые физические свойства, в том числе способность передавать тепло.