Akadēmiskais centrs
Latvijas Universitātes Materiālu mehānikas institūta pētnieki ikdienā strādā pie jauno polimēru materiālu izstrādes un testēšanas. Arvien vairāk tirgū ir pieprasīti materiāli tieši ar papildus funkcionalitātēm, proti, viedie materiāli. Tādi materiāli papildus savam funkcijām pilda arī kādu palīgfunkciju, tie var sajust un reaģēt uz trigeriem (piem. spiedienu, gaismu, siltumu, u.c.) paredzamā veidā. Uz trigeriem reaģējošo mikrokapsulu integrēšana polimēru kompozītu sistēmā ir viena no daudzsološākajām metodēm, lai piešķirtu materiālam daudzfunkcionalitāti.
Pateicoties salīdzinoši vienkāršam izgatavošanas procesam, kur polimēra matricas materiālu var sajaukt ar mikrokapsulam tiešā veidā, tādu materiālu izmantošana ir izdevīga salīdzinājumā ar citām metodēm, piemēram, sensoru izvietošana vai sarežģītu nanotehnoloģiju pieeju izmantošana. Ir ļoti liels mikrokapsulu klāsts, kur iekapsulētā viela reaģē uz konkrētu trigeri. Un mikrokapsulu čaula strādā kā barjera starp apkārtējo vidi un kodolu. Formāli iekapsulētas vielas var iedalīt divās grupās – vienreiz un atkārtoti lietojamas. Pirmajā gadījuma, trigerim ir nepieciešams pārplēst mikrokapsulas čaulu, lai iegūtu atsauksmes reakciju (piemēram, iekapsulētās smaržas testeri). Otrajā – trigeris (siltums, gaisma) spēj iziet cauri čaulai un čaula paliek vesela.
Paliek aktuāls jautājums, kas notiek ar tādiem polimēru materiāliem, kur ir integrētas viedās mikrokapsulas. Šobrīd LU Materiālu mehānikas institūta pētnieki, doktoranti un studenti pēta ilgizturību un stabilitāti apkārtējo faktoru ietekmē viedām pildītām ar mikrokapsulām polimēra kompozītmateriāliem ar iestrādāto papildus funkcionalitāti. Tāpēc ir nepieciešams veikt gan pašu mikrokapsulu izpēti, gan sistēmas kopumā. Pētījumam bija izvelētas uz dažādiem trigeriem reaģējošās mikrokapsulas. Mikrokapsulu, kas satur krāsvielu un krāsas attīstītāju, pēc pieliktās slodzes čaula pārplīst, un ķīmisko reakciju rezultātā krāsviela maina savu krāsu (att.1). Šīm mikrokapsulām ir nepieciešams noteikt jutīguma slieksni, lai viedais polimēra kompozīts pildīts ar tādām mikrokapsulām reaģētu tikai uz noteiktu slodzi. Mikrokapsulām ar ķīmisko vielu, kur pēc pievadīta siltuma (att. 2, att. 3.) vai noteikta viļņa garuma gaismas ir novērojama krāsas izmaiņa, nepieciešams noteikt reaģēšanas temperatūras un enerģijas daudzumu. Teorētiski šo mikrokapsulu funkciju izmantošana var būt atkārtota vairāku simtu līdz pat tūkstošu reizēm un to arī ir nepieciešams pārbaudīt eksperimentāli.
Šī darba posmā jau ir veikti vairāki mikrokapsulu īpašību mērījumi. Pēc eksperimentāliem datiem ir plānots izveidot modeļus termisko un mehānisko īpašību prognozēšanai vides faktoru ietekmē viedām pildītām ar mikrokapsulām polimēra kompozītmateriāliem, ņemot vērā mikrokapsulu specifisko struktūru un īpašības. Darba plānotais gala rezultāts ir izstrādāta un verificēta metodika izturības un vides stabilitātes prognozēšanai pildītiem ar mikrokapsulām polimēra kompozītmateriāliem.
Projekts ir finansēts no Latvijas Zinātnes padomes līdzekļiem, projekts DUROCAPS, Nr. lzp-2018/1-0084.
