Ko spēj šī iekārta? DSC 250 un DMA 850 atklāj materiālu termiskās un mehāniskās īpašības
Materiālzinātnes laboratoriju aprīkojums bieži vien ir atslēga uz dziļāku izpratni par to, kā vielas uzvedas ekstremālos apstākļos vai izmaiņu procesos. Līdzīgi kā mikroskops paver skatu uz mikrostruktūru, TA Instruments iekārtas diferenciāli skenējošais kalorimetrs Discovery DSC 250 un dinamiski mehāniskais analizators DMA 850 ļauj pētniekiem "redzēt" materiālu termiskās un mehāniskās īpašības, kas nav uztveramas ar neapbruņotu aci.
Šīs divas iekārtas kopā veido jaudīgu analītisko komplektu, kas sniedz visaptverošu informāciju par materiālu uzvedību.
Discovery DSC 250: Termiskās "uzvedības" detektīvs
Diferenciālās skenējošās kalorimetrijas (DSC) iekārta DSC250 ir paredzēta precīzai materiālu termisko pāreju pētīšanai. Tā darbojas kā jutīgs instruments, kas mēra siltuma plūsmu, kas saistīta ar materiāla izmaiņām sildīšanas vai dzesēšanas laikā.
- Ko tā ļauj ieraudzīt? Pētnieki var noteikt materiāla kušanas temperatūru, kristalizācijas procesus, stiklošanās pārejas (Tg) un citus termiskos efektus.
- Kāpēc tas ir svarīgi? Šī informācija ir kritiska, lai saprastu, kā polimēri, dabas vielas, piemēram, lignīns, farmaceitiskie preparāti vai kompozītmateriāli reaģēs reālos ekspluatācijas apstākļos – piemēram, vai materiāls nekļūs trausls aukstumā vai nezaudēs savu formu augstā temperatūrā.
Discovery DSC 250 iekārta
Pētniece Laima Vēvere pie jaunās DSC iekārtas
Discovery DMA 850: Mehāniskās izturības un viskoelastības mērītājs
Savukārt dinamiskais mehāniskais analizators DMA850 fokusējas uz materiālu reakciju uz mehānisko slodzi. Tas ir instruments, kas ļauj pētniekiem precīzi izmērīt, kā materiāla stingrība un elastība mainās atkarībā no laika, temperatūras vai frekvences.
- Ko tā ļauj ieraudzīt? DMA 850 atklāj materiāla viskoelastīgās īpašības – cik lielā mērā materiāls spēj atgūt formu pēc slodzes (elastība) un cik daudz enerģijas tas izkliedē siltumā (viskozitāte/slāpēšana). Tas spēj strādāt ar dažādiem deformācijas veidiem, piemēram, stiepi, spiedi vai lieci.
- Kāpēc tas ir svarīgi? Šī iekārta ir neaizstājama jaunu, izturīgu materiālu izstrādē. Tā ļauj paredzēt, cik ilgi materiāls izturēs noguruma slodzi, vai tas saglabās savas īpašības vibrāciju ietekmē un kā mainīsies tā mehāniskā stabilitāte temperatūras svārstību ietekmē
Līdzīgi kā mikroskops atklāj fizisko "ainavu" materiāla iekšienē, DSC 250 un DMA 850 atklāj materiāla "personību" – kā tas reaģē uz apkārtējās vides un mehānisko spēku iedarbību. Izmantojot šos rīkus kopā, zinātnieki un inženieri iegūst pilnīgu ainu, kas nepieciešama, lai radītu nākamās paaudzes materiālus ar tieši tādām īpašībām, kādas nepieciešamas modernajai rūpniecībai.
Pētniece Laima Vēvere ievieto paraugu Discovery DMA 850 iekārtā
Pielietojums polimēru analīzē no atjaunojamām izejvielām
Abas šīs iekārtas palīdzēs noskaidrot dažādu polimēru uzvedību vairākos projektos:
Fundamentālo un lietišķo pētījumu projektā “Cietais poliuretāna putuplasts kā kriogēnā izolācija nākotnes bezizmešu komerciālajām lidmašīnām (PUR4LH2)” tās palīdzēs noskaidrot vai poliuretāns no atjaunojamām izejvielām izturīgs kriogēnajās (zem -150°C) temperatūrās.
Fundamentālo un lietišķo pētījumu projektā “Termiski pārstrādājami, no atjaunojamām izejvielām iegūti β-amino polimēri ar augstu šķērssaistīšanās pakāpi (TreResin)” tiek pētīti materiāli - vitrimēri, kurus iespējams vairākkārtīgi pārstrādāt. DSC ļauj novērtēt katra pārstrādes cikla ietekmi uz materiāla termiskajām īpašībām un stiklošanās temperatūru (Tg). Līdzīgā veidā DMA testi tiek izmantoti vairākkārt pārstrādātiem paraugiem, lai novērtētu materiāla viskoelastīgās īpašības, kā arī šķērssaistīšanās blīvuma izmaiņas pēc katra pārstrādes cikla.
Pēcdoktorantūras pētniecības projektā SuReComp (1.1.1.9/LZP/1/24/031) iekārtas būs nozīmīgas jaunu, no atjaunojamām izejvielām iegūtu termoreaktīvo polimēru un dabisko šķiedru kompozītmateriālu izstrādē un raksturošanā. Discovery DSC 250 tiks izmantots, lai noteiktu izstrādāto polimēru stiklošanās temperatūru un izvērtētu, kā izejvielu ķīmiskā struktūra ietekmē materiālu termiskās īpašības. Savukārt DMA 850 ļaus raksturot polimēru un kompozītmateriālu viskoelastiskās īpašības, stingrību un to izmaiņas temperatūras ietekmē, kā arī padziļināti izvērtēt polimēru tīkla struktūru. Abu iekārtu kombinēta izmantošana ir būtiska, lai noteiktu sakarības starp sintezēto komponentu ķīmisko struktūru, polimēru tīkla uzbūvi un iegūto materiālu gala īpašībām.
M-ERA.NET projektā “Development of bio-based polymers with covalently adaptable networks for recyclable natural fiber reinforced composite production” (BioCAN) un Horizon Europe projektā “Bioloģiski bāzētu un bioloģiski noārdāmu polimēru sintēze no atjaunojamo bioloģisko atkritumu monomēriem, izmantojot biokatalīzi un zaļo ķīmiju, lai veicinātu Eiropas aprites bioekonomiku” (Polymers-5B) DMA palīdzēs noskaidrot, cik stingri vai elastīgi ir jaunie polimēri un kompozītmateriāli un kā to īpašības mainās slodzes un temperatūras ietekmē. Savukārt DSC ļaus izpētīt materiālu uzvedību sildīšanas un dzesēšanas laikā, lai izvēlētos piemērotākos apstākļus to izgatavošanai un apstrādei. Abas metodes BioCAN projektā palīdzēs novērtēt transporta detaļām paredzēto materiālu īpašību saglabāšanos pēc atkārtotas pārstrādes, bet Polymers-5B projektā – no atjaunojamām izejvielām iegūto materiālu iespējas aizstāt fosilās izcelsmes polimērus tekstilizstrādājumos, automobiļu detaļās un mēbelēs.
Sagatavotie paraugi, kas ievietoti analīzei ar DSC iekārtu
Iekārtas iegādātas projekta Nr. 1.1.1.2/1/25/I/003 “Bioekonomikas ekselences centra attīstīšana Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā (WoodChemPlus)” ietvaros. Projektu līdzfinansē Eiropas Savienība.
