В результате исследований учёными был создан магнитоэлектрический нанокомпозит на основе поливинилиденфторида и наночастиц феррита висмута, эффективно разрушающий органические загрязнители под воздействием света и ультразвука. Композит также генерирует электрический заряд при механическом воздействии и в магнитном поле. В эксперименте с модельным загрязнителем метиленовым синим материал показал до 97% эффективности при облучении светом и 83% при действии ультразвука. Кроме того, при сжатии и ультразвуковой обработке напряжение композита увеличилось в 1,9 раза по сравнению с чистым полимером, накапливая электромагнитную энергию. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymer.
В современной физике и химии нужны материалы, способные ускорять химические реакции и генерировать энергию. Полимерные нанокомпозиты на основе поливинилиденфторида и наночастиц феррита висмута — одно из перспективных решений. Поливинилиденфторид преобразует механическую энергию в электричество, а феррит висмута под действием света осуществляет химические превращения. Сочетание этих материалов позволяет создавать интеллектуальные материалы с возможностью самозахвата энергии из окружающей среды.
Ученые из Дагестанского государственного университета (Махачкала) синтезировали Композитные пленки с наночастицами феррита висмута в поливинилиденфториде разлагают метиленовый синий под воздействием ультрафиолета с эффективностью до 97% за час. При ультразвуковой обработке эффективность составляет 83%.
Авторы проанализировали механизм реакции и выяснили, что гидроксильные радикалы играют ключевую роль в разрушении красителя. Эти частицы, образующиеся под воздействием света и ультразвука, атакуют молекулы загрязнителя, вызывая последовательные химические превращения и изменение структуры молекулы. Ученые также обнаружили, что композит способен разлагать загрязнители даже в переменном магнитном поле низкой частоты, сопоставимом с полем вблизи мощного динамика. Эффективность разложения достигла 38% без дополнительного светового или ультразвукового воздействия. Это открывает новые возможности для создания магнитоуправляемых катализаторов, которые могут работать в слабых переменных магнитных полях.
Новый материал обладает способностью накапливать энергию. Под воздействием ультразвука и механического давления напряжение в композите возрастало на 1,9 раза по сравнению с чистым поливинилиденфторидом. Магнитоэлектрический эффект позволял материалу генерировать электрический заряд под действием слабого переменного магнитного поля. Эксперименты показали, что пленка, расположенная рядом с проводом бытового прибора, способна собирать паразитную электромагнитную энергию — слабые электромагнитные поля, возникающие вокруг работающих устройств и обычно не используемые.
Разработанный материал объединяет каталитические и энергетические функции, что делает его перспективным для экологичных технологий очистки воды, автономных датчиков и энергоэффективных устройств. Планируется исследовать возможность интегрирования подобных композитов в гибкие источники питания и системы накопления энергии. — говорит руководители проекта, получившего поддержку гранта РФН, Фарид Оруджев, кандидат химических наук, заведующий лаборатории. Smart Materials Дагестанского государственного университета.
В исследовании принимали участие сотрудники Институт физики имени Х.И. Амирханова ДФИЦ РАН (Махачкала), Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Балтийский федеральный университет имени И. Канта. (Калининград), Почвенного института имени В.В. Докучаева (Москва) и Национального инженерного института (Индия).
Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда
Источник фото: ru.123rf.com