Кафедра ВМС Химфака МГУ

Лаборатория структуры полимеров на кафедре высокомолекулярных соединений была создана в 1965 году под руководством академика РАН Бакеева Николая Филипповича. С 1987 года и по настоящее время лабораторию возглавляет член-корр. РАН Волынский А.Л. Сотрудники лаборатории активно участвуют в педагогической деятельности. В лаборатории было защищено 2 докторских и более 20 кандидатских диссертаций.
Сайт лаборатории www.labstructure.narod.ru

Заведующий лабораторией: профессор, доктор химических наук, член-корреспондент РАН Волынский Александр Львович

Основные направления научных исследований:

Направление 1: Фундаментальные аспекты деформации систем «твердое покрытие на податливом основании». чл.-корр. РАН Волынский А.Л., с.н.с., к.х.н. Ярышева Л.М., с.н.с., к.х.н. Гроховская Т.Е.

Text Box: Сканирующие электронные микрофотографии образцов полиэтилентерефталата (а) и поливинилхлорида (б) с нанесенным на поверхность тонким металлическим покрытием после растяжения на 100%

В последние годы в лаборатории создано и успешно развивается новое научное направление, связанное с исследованием фундаментальных основ деформации систем «твердое покрытие на податливом основании». В этих исследованиях был открыт и объяснен целый ряд физических явлений общего характера, присущих указанным системам. Был сформулирован и экспериментально обоснован новый принцип самоорганизации материи с образованием регулярных периодических структур, не имеющий ограничений в периодах идентичности ни на микро-, ни на макроуровне. Типичным примером таких систем являются полимерные пленки с тонкими твердыми покрытиями. Обнаружено, что при растяжении таких пленок на их поверхности возникает регулярный периодический рельеф.

Открытие создает реальные возможности промышленного получения полимерных пленок регулярным периодическим рельефом. Такие пленки чрезвычайно перспективны для создания, в частности, новых видов жидкокристаллических дисплеев.
Значение полученных в этих исследованиях результатов выходит далеко за рамки науки о полимерах. Исследование структурно-механического поведения полимерных пленок с тонким твердым покрытием позволило установить фундаментальную количественную взаимосвязь между прямо измеряемыми параметрами микрорельефа, с одной стороны, и свойствами материала покрытия и подложки – с другой. Такая взаимосвязь открывает реальные возможности оценки деформационно-прочностных свойств твердых тел в слоях нанометрового диапазона, что чрезвычайно трудно или даже невозможно сделать другими способами.
Системы "твердое покрытие на податливом основании" широко распространены в окружающем нас мире. К таким системам относятся разнообразные плоды (томаты, яблоки и т.д.), тела животных и человека, Земля и другие планеты. Созданный подход к исследованию систем "твердое покрытие на податливом основании" позволяет экспериментально моделировать и изучать многие явления и процессы, происходящие в природе. Изучение процессов деформации полимерных пленок с твердыми покрытиями позволяет моделировать глобальные геодинамические процессы формирования рельефа земной поверхности (рис. 2). В частности, такие исследования позволяют впервые подойти к оценке таких фундаментальных характеристик, как прочность и толщина земной коры, оценить величины и направления тектонических напряжений, определяющих процессы рельефообразования в земной коре, геологический возраст некоторых морфологических форм.
Направление 2: Крейзинг полимеров. чл.-корр. РАН Волынский А.Л., с.н.с., к.х.н. Ярышева Л.М., с.н.с., к.х.н. Ефимов А.В., с.н.с., к.х.н. Аржакова О.В., с.н.с., к.х.н. Ярышева А.Ю., с.н.с., к.х.н. Долгова А.А., Рухля Е.Г.
Крейзинг представляет собой универсальный механизм пластической деформации полимеров. Это явление связано с проявлением эффекта Ребиндера в полимерах и приводит к инициированному напряжением диспергированию твердых полимеров на мельчайшие нанометровые агрегаты ориентированных макромолекул (фибрилл), разделенных в пространстве порами с размерами от 1 до 30 нм.
Изучение уникального явления крейзинга было начато в лаборатории с середины 70-х годов прошлого века и является предметом пристального интереса до настоящего времени. Научная группа лаборатории является признанным мировым лидером в этом направлении. По результатам работы опубликовано более 400 статей, несколько монографий и патентов. Основные фундаментальные аспекты данного явления обобщены в монографии профессоров А.Л.Волынского и Н.Ф.Бакеева «Solvent Crazing of Polymers», выпущенной издательством Elsevier в 1995 году.
Крейзинг полимеров в физически активных жидких средах представляет собой уникальный способ создания высокопористых полимерных материалов с нанометровыми размерами пор за счет ориентационной вытяжки промышленных полимеров в присутствии активных жидких сред.

Основные преимущества крейзинга для получения нанопористых полимерных материалов:
1. крейзинг является универсальным методом создания наноразмерной высокопористой структуры в твердых полимерных телах (пленках или волокнах) и может быть осуществлен для самого широкого круга промышленных аморфных (полистирол, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, и пр.) и частично кристаллических полимеров (полиэтилен, полипропилен, полиэфиры, полиамиды и пр.), которые способны к ориентационной вытяжке. При этом крейзинг позволяет направленно регулировать как уровень пористости (до 60%), так и размеры пор (до 20 нм);
2. механические характеристики полученных материалов сравнимы с характеристиками традиционных полимерных материалов;
3. крейзинг может быть осуществлен на традиционном технологическом оборудовании для ориентационной вытяжки полимеров (при небольшой модификации).

Крейзинг является уникальным методом введения различного рода добавок в полимерные материалы и создания нового поколения нанокомпозиционных материалов с требуемыми свойствами за счет включения различного рода целевых добавок в высокопористую структуру, развивающуюся при ориентационной вытяжке полимеров в активных жидких средах. При этом открывается возможность введения в полимеры практически неограниченного круга несовместимых добавок (или комбинации добавок), таких как красители, антипирены, отдушки, медицинские препараты и пр. При этом процесс введения добавок может быть осуществлен в непрерывном технологическом процессе в одну стадию при достаточно высоких скоростях вытяжки и при комнатной температуре.

Важными преимуществами полученных таким методом нанокомпозиционных материалов являются их высокие механические свойства за счет введения добавки в высокодисперсном состоянии. Этот метод позволяет направленно регулировать как концентрацию вводимой добавки, так и способ ее локализации в полимере. Полученные материалы могут найти широкое применение в качестве пористых материалов (мембраны, сорбенты, пористые подложки и пр.) и в качестве целевых функциональных материалов (негорючие материалы нового поколения, полимеры медицинского назначения, окрашенные материалы и пр.).

Направление 3: Полимерные нанокомпозиты с неорганическим полупроводниковым компонентом – получение, структура и некоторые свойства. чл.-корр. РАН Волынский А.Л., с.н.с., к.х.н. Москвина М.А.

Целью проводимых исследований является разработка методов синтеза полимерных нанокомпозитов с полупроводниковым компонентом (сульфиды и магнитные окислы переходных металлов – CdS, CuS, Fe3O4, ферриты), исследование механизма их образования и стабилизации, изучение их структуры и некоторых свойств. Использование полимерных матриц разного типа с разной комплексообразующей способностью (поливиниловый спирт, полиакриловая кислота и др.) позволяет, варьируя условия синтеза, регулировать в широких пределах морфологию таких систем, а именно, размер частиц, расстояние между ними, а также степень их агрегации. Широкий диапазон изменения структурных характеристик предоставляет хорошую возможность для регулирования магнитных взаимодействий между частицами нанофазы и изучения влияния этих взаимодействий и влияния размерного фактора на магнитные свойства наносистем.
Нанокомпозиты с CdS характеризуются высокими значениями температурного и оптического коэффициентов сопротивления (проводимости), что позволяет использовать их в качестве рабочих элементов при создании чувствительных электрооптических устройств - болометров. Разработана методика получения пленочных полимерных нанокомпозитов с p-n гетеропереходом Cu2S/CdS для рабочих элементов фотовольтаических (солнечных) ячеек.
Нанокомпозиты, содержащие магнитные окислы железа, перспективны при разработке магнитных сенсоров на основе проявляемого ими эффекта гигантского магнитосопротивления.

Направление 4: Наноструктурированные полимерные материалы с.н.с., к.х.н. Никонорова Н.И., с.н.с., к.х.н. Трофимчук Е.С., гл. инж. Семенова Е.В.

Разработка новых методов получения наноструктурированных гибридных полимер/неорганических материалов с прогнозируемыми свойствами (физико-химическими, механическими, электрическими, магнитными) является одним из актуальных направлений современной науки о полимерах. Нанопористые полимерные матрицы, сформированные по механизму крейзинга путем деформации полимерного материала в жидкой адсорбционно-активной среде, представляют собой уникальные системы, характеризующиеся высокодисперсной фибриллярно-пористой структурой, и используются в качестве «микрореакторов» для формирования частиц новой фазы различной химической природы.
Сформулированы теоретические подходы для описания процессов доставки исходных реагентов в пористые полимеры, предложены механизмы зарождения и роста новой фазы в порах-микрореакторах и даны эмпирические обобщения для прогнозирования структурного дизайна полимер/неорганических гибридных материалов (на примере ПП, ПЭ, ПЭТФ и различных металлов, оксидов и солей).

TEM-микрофотография ультратонкого среза ПП/силикатного композита.

SEM-микрофотография хрупкого скола ПП/Ni композита.

Разработанный подход можно использовать для получения «мезопористого» кремнезема с регулярной структурой и высокоразвитой поверхностью, который перспективен как сорбент и как упорядоченная неорганическая матрица для получения регулярных наносистем.

Сотрудники лаборатории Волынский А.Л., Ефимов А.В. и Трофимчук Е.С. читают курс лекций «Механика полимеров» для студентов химического факультета МГУ, специализирующихся на кафедре ВМС
Сотрудники лаборатории Никонорова Н.И., Трофимчук Е.С., Большакова А.В., Абрамчук С.С., Семенова Е.В. проводят для студентов, специализирующихся на кафедре, спецпрактикум «Микроскопические методы исследования структуры полимеров» включающий занятия по электронной микроскопии (просвечивающей и сканирующей) и атомно-силовой микроскопии.

Контрастирование тонких пленок бутадиен-стирольного блок-сополимера для просмотра методом просвечивающей электронной микроскопии.
Семенова Е.В. и Большакова А.В.

Список основных публикаций за последние годы:

1. Аржакова О.В., Долгова А.А., Кечекьян П.А., Рухля Е.Г., Кечекьян А.С., Волынский А.Л. Роль масштабного фактора в структурно-механическом поведении стеклообразных полимеров // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 6. С. 679-699.

2. Volynskii A.L., Bakeev N.F. Surface Phenomena in the Structural and Mechanical Behaviour of Solid Polymers. CRC Press Taylor and Francis Group London New York. 2016.

3. Волынский А. Л., Ярышева А. Ю., Рухля Е. Г., Ярышева Л. М., Бакеев Н. Ф. Влияние поверхностных явлений на молекулярную подвижность в стеклообразных полимерах // Коллоидный журнал. 2016. Т. 78. № 3. С. 271-297.

4. Волынский А.Л., Ярышева А.Ю., Рухля Е.Г., Ярышева Л.М., Бакеев Н.Ф. Деформационное размягчение стеклообразных и кристаллических полимеров // Успехи химии. 2013. Т. 82. Вып.10. С. 988-1006.

5. Ярышева Л.М., Рухля Е.Г., Ярышева А.Ю., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Крейзинг как метод создания полимерных смесей // Обзорный журнал по химии. 2012. Т. 1. № 1. С. 3-21.

6. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. // Структурная самоорганизация полимеров. Москва. Физматлит. 2005. 232 с.

1. Патент № 2324931 РФ МПК (G01N33/00, B32B27/06). Способ получения полимернеорганических сенсоров на полярные вещества. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф., Никонорова Н.И., Трофимчук Е.С., Нестерова Е.А., Музафаров А.М., Оленин А.В.; заявитель и патентообладатель МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет (RU). Заявка № 2006145418; заявл. 04.04.2006; опубл. 20.03.2008.

2. Патент № 2337420 РФ (МПК Р0181/00). Пьезорезистивный композит и способ его изготовления. Варфоломеев А.Е., Волков А.В., Волынский А.Л., Лазарев С.Д., Мелихов Е.З., Москвина М.А., Филиппов В.И., Якимов С.С., Покалякин В.И.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное учреждение российский научный центр "Курчатовский институт" (RU). Заявка № 2007129074; заявл. 30.07.2007; опубл. 27.10.2008.

3. Патент № 2361886 РФ (МПК C08F8/00). Способ записи информации на полимерах. Волынский А.Л., Волков А.В., Москвина М.А., Тунян А.А., Ярышева Л.М., Бакеев Н.Ф., Оленин А.В.; заявитель и патентообладатель МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет (RU). Заявка № 2007148032; заявл. 25.12.2007; опубл. 20.07.2009.

4. Патент № 2370506 РФ (МПК C08JL39/00, D06P7/00). Способ введения добавок в полимеры. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф., Ярышева Л.М., Долгова А.А., Аржакова О.В., Рухля Е.Г., Семенова Е.В., Оленин А.В.; заявитель и патентообладатель Волынский А. Л. (RU). Заявка № 2008116297; заявл. 28.04.2008; опубл. 20.10.2009.

5. Патент № 2382057 РФ (МПК C08J5/00, D01F6/00, B82B1/00, D01F6/04). Способ получения нанопористых полимеров с открытыми порами. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф., Ярышева Л.М., Никонорова Н.И., Аржакова О.В., Трофимчук Е.С., Долгова А.А., Семенова Е.В., Никитин Л.Н., Хохлов А.Р., Лопатин А.М., Ефимов А.В., Оленин А.В.; заявитель и патентообладатель Волынский А. Л. (RU). Заявка № 2008136950; заявл. 16.09.2008.; опубл. 20.02.2010.

6. Патент № 2387750 РФ (МПК D06P5/20, G11B11/12). Способ получения термодатчиков на основе полимеров. Волынский А.Л., Волков А.В., Москвина М.А., Тунян А.А., Ярышева Л.М., Бакеев Н.Ф., Оленин А.В.; заявитель и патентообладатель Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (RU). Заявка 2007148030; заявл. 25.12.2007; опубл. 27.04.2010.

7. Патент № 2385370 РФ (МПК D06P5/20, G11B11/12). Способ записи информации на полимерах. Волынский А.Л., Волков А.В., Москвина М.А., Тунян А.А., Ярышева Л.М., Бакеев Н.Ф., Оленин А.В.; заявитель и патентообладатель МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет (RU). Заявка № 2007148031; заявл. 25.12.2007; опубл. 27.03.2010.

8. Патент № 2394948 РФ (МПК D01F6/92, D06M11/42). Способ получения полимерных изделий на основе полиэтилентерефталата с антибактериальными свойствами. Шеляков О.В., Иванов М.Н., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф., Ярышева Л.М., Аржакова О.В., Долгова А.А., Семенова Е.В., Никонорова Н.И.; заявитель и патентообладатель Автономная некоммерческая организация "Национальный комитет по науке и промышленности" (RU). Заявка № 2008126468; заявл. 01.07.2008; опубл.20.07.2010.

9. Патент WO2010066273 A1 США (МК G01N31/22). Optochemical sensor active element, method of its preparation and use. Arzhakova O., Bakeev N., Volynskii L., Dolgova A., Yarysheva L., Ponomarev G.; заявитель и патентообладатель Luxcel Biosciences Limited. Заявка PCT/EP2008/010577; заявл. 11.12.2008; опубл. 17.10.2010.

10. Патент № 2473380 РФ (МПК B01D71/26, H01M8/10). Способ получения протонпроводящих мембран. Н.И. Никоноров, Е.С. Трофимчук, А.Л. Волынский, Н.Ф. Бакеев, А.Р. Хохлов, Е.А. Нестерова, А.М. Музафаров, Е.В. Семенова, М.О. Галяммов, А.С. Грузд, М.Ф. Зансохова, А.В. Оленин; заявитель и патентообладатель: Н.И. Никоноров, Е.С. Трофимчук (RU). Заявка № 2011126635/05; заявл. 30.06.2011; опубл: 27.01.2013.

11. Патент № 2585001 РФ (МПК В29С67/00, D01D5/247). Способ введения добавок в полимеры. Аржакова О.В., Долгова А.А., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Заявитель и патентообладатель - МГУ имени М.В.Ломоносова. Заявка № 2014123283; заявл. 09.06.2014; опубл. 28.04.2016.

12. Патент № 2576049 РФ (МПК D06M13/00, B82B1/00). Способ получения нанопористых полимерных материалов. Аржакова О.В., Долгова А.А., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Заявитель и патентообладатель - МГУ имени М.В.Ломоносова. Заявка № 2014123277; заявл. 09.06.2014; опубл. 02.02.2016.

13. Патент № 2585003 РФ (МПК В29С67/00, D01D5/247). Способ введения добавок в полимеры. Аржакова О.В., Долгова А.А., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Заявитель и патентообладатель - МГУ имени М.В.Ломоносова. Заявка № 2014123280; заявл.; опубл. 28.04.2016.

1. Trofimchuk E.S., Efimov A.V., Grokhovskaya T.E., Nikonorova N.I., Moskvina M.A., Sedush N.G., Dorovatovskii P.V., Ivanova O.A., Rukhlya E.G., Volynskii A.L., Chvalun S.N.Cold Crystallization of Glassy Polylactide during Solvent Crazing. ACS Applied Materials & Interfaces. 2017. V. 9. P. 34325.

2. Yarysheva A.Y., Bagrov D.V., Bakirov V.A.V., Tarasevich B.N., Grohovskaya T.E., Yarysheva L.M., Chvalun S.N., Volynskii A.L.Polyethylene–Poly(ethylene oxide) Hybrid Films Obtained by Crazing and Their Structural Peculiarities. Macromolecules. 2017. V. 50. P. 2881-2888.

3. Rukhlya E.G., Karpushkin E.A., Yarysheva L.M., Volynskii A.L.Special Features of Crazing of Glassy Poly(ethylene terephthalate) in Poly(ethylene oxide) Solutions. Macromolecules. 2017. V. 50. № 14. P. 5459.

4. Rukhlya E.G., Yarysheva L.M., Volynskii A.L., Bakeev N.F. Effects of Tensile Strain on the Peculiarities of PEO Penetration into the Nanoporous Structure of PET Deformed via the Crazing Mechanism // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. № 14. P. 9396.

5. Волынский А. Л., Ярышева А. Ю., Рухля Е. Г., Ярышева Л. М., Бакеев Н. Ф. Влияние поверхностных явлений на молекулярную подвижность в стеклообразных полимерах // Коллоидный журнал. 2016. Т. 78. № 3. С. 271.

6. Arzhakova O. V., Dolgova A. A., Yarysheva L. M., Volynskii A. L., Bakeev N. F. Specific Features of the Environmental Crazing of Poly(ethylene terephthalate) Fibers // Polymer. 2015. V. 56. № 1. P. 256.

7. Yarysheva A. Y., Rukhlya E. G., Yarysheva L. M., Bagrov D. V., Volynskii A. L., Bakeev N. F. The Structural Evolution of High-Density Polyethylene During Crazing in Liquid Medium // European Polymer Journal. 2015. V. 66. P. 458.

8. Трофимчук Е.С., Полянская В.В., Москвина М.А., Гроховская Т.Е., Никонорова Н.И., Стрембицкая А.Л., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф., Влияние диоксидов титана и кремния на термостабильность изотактического полипропилена, деформированного по механизму крейзинга. Высокомолекулярные соединения. 2015. Т. 57. № 1. С. 15-26.

9. Toncelli C., Arzhakova O. V., Dolgova A. A., Volynskii A. L., Bakeev N. F., Kerry J. P., Papkovsky D. B. Oxygen-Sensitive Phosphorescent Nanomaterials Produced from High-Density Polyethylene Films by Local Solvent-Crazing // Analytical Chemistry. 2014. V. 86. № 3. P. 1917.

10. Toncelli C., Arzhakova O. V., Dolgova A. A., Volynskii A. L., Kerry J. P., Papkovsky D. B. Phosphorescent Oxygen Sensors Produced by Spotcrazing of Polyphenylenesulfide Films // Journal of Materials Chemistry C. 2014. V. 2. № 38. P. 8035.

11. Bagrov D. V., Yarysheva A. Y., Rukhlya E. G., Yarysheva L. M., Volynskii A. L., Bakeev N. F. Atomic Force Microscopic Study of the Structure of High-Density Polyethylene Deformed in Liquid Medium by Crazing Mechanism // Journal of Microscopy. 2014. V. 253. № 2. P. 151.

12. Volynskii A. L., Panchuk D. A., Bazhenov S. L. ,Yablokov M. Yu., Gilman A. B., Bolshakova A. V., Yarysheva L. M., Bakeev N. F. The Structure and Properties of Thin Aluminum Coatings // Thin Solid Films. 2013. V. 536. P. 179.

13. Gruzd A.S., Trofimchuk E.S., Nikonorova N.I., Nesterova E.A., Meshkov I.B., Gallyamov M.O., Khokhlov A.R.Novel polyolefin/silicon dioxide/H3PO4 composite membranes with spatially heterogeneous structure for phosphoric acid fuel cell. Int J Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 4132-4143.

14. Rukhlya, E. G.; Litmanovich, E. A.; Dolinnyi, A. I.; Yarysheva, L. M.; Volynskii, A. L.; Bakeev, N. F. Penetration of Poly(ethylene oxide) into the Nanoporous Structure of the Solvent-Crazed Poly(ethylene terephthalate) Films. Macromolecules. 2011. V. 44. P. 5262-5267.

1. TNO - the Netherlands Organization for Applied Scientific Research, Голландия
2. DSM, Голландия
3. Procter&Gamble, USA
4. NWO, Netherlands Organization for Scientific Research, Holland
5. DWI - the German Wool Research Institute at the University of Technology Aachen, Germany
6. Showa Company (Japan)
7. DuPont (USA)
8. Twente University (Holland)
9. Department of Biochemistry. University College Cork,. Cork. Ireland.

чл.-корр. РАН д.х.н. проф. Волынский Александр Львович

ст.н.с. к.ф.-м.н. Большакова Анастасия Владимировна