ИСТИНА

Экспериментальные исследования в области лазерного (инерциального) термоядерного синтеза (ИТС) имеют огромное научное и прикладное значение. В настоящее время актуальной задачей является изучение процессов взаимодействия мощных лазерных излучений с материалами различной структуры. В лазерных экспериментах широко используются металлические, например берилиевые пены, углеродные и полимерные малоплотные материалы (ПММ), в основном на основе эфиров целлюлозы, акрилатных и резорцин-формальдегих композиций [1]. Целью данной работы являлось получение новых типов малоплотных полимерных сред и изучение их пористой структуры. Такие материалы были получены на основе синтезированных сверхсшитых полимеров [2] альфа-метилстирола с использованием бис-хлорметильных производных дифенила и бензола [3]. Установлено, что полимерные сетки, образованные при сшивании цепей поли-альфа-метилстирола этими кросс-агентами можно получать в виде аэрогелей с малой плотностью до 100 мг/см3. Аэрогели формируются при удалении растворителя (ацетона) из органогелей полимеров методом сверхкритической сушки в диоксиде углерода. Получены образцы малоплотных материалов в виде небольших цилиндров диаметром 3-5 мм, длиной до 10-15 мм. Механически более прочными оказались полимерные сетки с мостиковыми фрагментами бис(хлорметил-дифенила) (БХМДФ). Исследования пористой структуры сверхсшитых полимеров проведены методом низкотемпературной сорбции азота при 77К и СО2 при 273К. На основе экспериментальных изотерм 201 сорбции-десорбции азота, сорбции СО2 и расчетных алгоритмов программы NovaWin 11.04 получены функции распределения пор по размерам и установлены основные характеристики пористой структуры. Расчеты проведены двумя методами на основе теории функционала плотности: «quenched solid density functional theory» (QSDFT) (N2 on carbon, equilibrium transition kernel at 77K based on a cylindrical pore model) и «standard non-local density functional theory» (NLDFT) (CO2 on carbon, adsorption transition kernel at 273K based on a slit-pore model) [4]. Удельная поверхность по методу БЭТ для двух типов сеток около 1200 м2/г. Сверхсшитые сетки первого типа, с кросс-агентом БХМДФ имеют хорошо развитую систему пор с определенными фракциями микропор (максимумы распределения пор по размерам 0.55, 0.85, 1.4, 2.0 нм) и мезопор (6.7, 8.3, 10.7 нм) (рис.1а). Система пор сеток с кросс-агентом п-ксилилендихлоридом (КДХ) несколько иная, микропоры 0.55 и 1.3 нм и слабовыраженные фракции микропор 2.0 нм и мезопор ~8 нм (рис. 1б). Максимальный суммарный объем пор (поры до 140 нм) полимерных сеток составил 4.5 (с БХМДФ) и 3.1 см3/г (с КДХ). Синтезированные полимеры, набухшие в ацетоне, после его замены на воду удерживают в порах 2.3 или 7.1 см3/г воды (сетки с БХМДФ и КДХ соответственно).Проведенные исследования позволили выявить перспективные малоплотные материалы для исследований процессов взаимодействия с мощными лазерными излучениями. Такие высокопористые полимерные материалы на основе сверхсшитого поли-альфа-метилстирола получены методом сверхкритического высушивания в СО2. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Договор № 075-03-2023-642) и выполнена с использованием оборудования Центра исследований молекулярного состава ФГБНУ Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН (ИНЭОС РАН).