Akadēmiskais centrs
Pieprasījums pēc kompozītmateriāliem pēdējo desmit gadu laikā ir nepārtraukti audzis. Kompozītmateriāli strauji aizstāj tradicionālos materiālus, ko izmanto konstrukcijās. Koks, dzelzs, betons tiek aizstāts ar plastmasu, kas pastiprināta ar oglekļa vai stikla šķiedrām. Šādi materiāli jau ir veiksmīgi izmantoti būvniecībā, aviācijā un automobiļu ražošanā. Nākamais solis kompozītmateriālu attīstībā bija gan plastmasas, gan šķiedras modificēšana ar dažāda veida nanodaļiņām, piemērām, oglekļa nanocaurulītēm, grafēnu. Tā kā šajā darbības lauciņā jau ir diezgan daudz paveikts, LU pētnieki spēra nākamo soli un sāka pētīt nākama līmeņa kompozītmateriālus – hibrīdus. Zem hibrīdiem šajā darba ietvaros ir domāti kompozītmateriāli, kas ir pildīti ar jau tradicionālo grafēnu un MXenes daļiņām.
MXenes ir divdimensiju neorganisko savienojumu klase. Šīs klases materiāli sastāv no dažu atomu bieziem karbīdu, nitrīdu vai karbonitrīdu pārejas metāla slāņiem. Pirmoreiz aprakstīts 2011. gadā (Dreksela universitātē, ASV), MXenes apvieno sevī pārejas metālu karbīdu metālisko vadītspēju un hidrofīlās īpašības hidroksilgrupu vai skābekļa pārklājumu dēļ. Pēc savām mehāniskām un it īpaši elektriskām īpašībām MXenes ir kārtu priekšā saviem “nano konkurentiem”. Tomēr pagaidām MXenes plaša izmantošana nav iespējama. Šodien materiālu joprojām ražo nelielos daudzumos un tikai laboratorijas mērogā.
Veidojot hibrīdos polimēru kompozītmateriālus, (HPK) ir iespējams apvienot unikālas MXenes un grafēna elektriskas un mehāniskas īpašības. Starptautiskā projekta “Advanced polymer composites filled with novel 2D nanoparticles”, M-ERA.Net programmas ietvaros ir plānots atrast optimālo grafēna/MXenes kombināciju un tikt pie materiāla ar unikālam īpašībām. Pateicoties savām mehāniskajām īpašībām, HPK materiāls var būt izmantots kā konstruktīvais elements, bet ar elektrovadāmību ir iespējams kontrolēt materiāla tehnisko stāvokli. Piemēram, ja materiāls zaudē savu integritāti, mainās materiālā elektrovadāmība. Veidojot HPK materiālu, var panākt, ka materiālam būs ari citas viedas funkcijas – atledošana, statiskās elektrības izlādēšana, elektromagnētiskā ekranēšana, struktūras bojājumu detektēšana u.c.
Šobrīd LU Materiālu mehānikas institūta pētnieki, doktoranti un studenti strādā pie HPK materiālu izgatavošanas tehnoloģijas izstrādes un veic pirmo paraugu testēšanu. Kolēģi no Lietuvas (Kauņas Tehnoloģiju universitātes) veic HPK modelēšanu, bet partneri no Slovākijas (Polimēru institūta) risina tehniskos uzdevumus, kas ir saistīti ir materiāla ķīmiju.
Tā kā projekts jau ir sasniedzis vidus posmu un ar iegūtam zināšanām var ķerties pie prototipu izveides laboratorijas mērogā, visinteresantākie rezultāti ir tikai priekšā. Projekta iegūtos rezultātus un hibrīdo polimēru kompozītmateriālu ir plānots verificēt sadarbībā ar industrijas pārstāvjiem, kas ražo planierus un ultravieglās lidmašīnas, vēja ģeneratora rotoru lāpstiņas. Tādu konstrukciju elementiem, papildus mehāniskai izturībai, viedās funkcijas ir īpaši aktuālās.
Projekts ir finansēts no Valsts izglītības attīstības aģentūras līdzekļiem, Nr. 1.1.1.5/ERANET/18/02. Kopējais projekta ilgums ir trīs gadi.
