Армированная резина — материал, без которого сложно представить современную технику. Она делает автомобильные и авиационные шины прочными, выдерживает огромные нагрузки в промышленном оборудовании, используется в медицинских изделиях, шлангах и множестве других вещей.
Несмотря на широчайшее распространение армированной резины, на протяжении более чем столетия ученые точно не понимали, почему добавление к резине частиц углеродной сажи так сильно повышает ее прочность. Команда инженеров из Университета Южной Флориды наконец-то разгадала эту загадку.
Классическая рецептура резиновой покрышки проста: в полимерную матрицу вводят мельчайшие частицы технического углерода — сажи. Шины благодаря этому становятся прочнее, устойчивее к износу — и именно благодаря саже, кстати, они черные. Но специалисты не могли понять, что именно происходит в материале на микроскопическом уровне. Одни ученые считали, что частицы сажи образуют в резине своеобразный каркас в виде «цепочек». Другие — что они действуют словно клей, отверждая окружающий полимер. Третьи — что частицы просто заполняют объем, из-за чего резина деформируется иначе. Ни одна из этих гипотез по отдельности не объясняла все наблюдаемые свойства.
Непосредственно «увидеть» структуру шины в наномасштабе сложно, поэтому команда ученых под руководством профессора Дэвида Симмонса вместе с постдоком Пьером Каваком и аспирантом Харшадом Бхапкаром прибегла к молекулярной динамике — детальному компьютерному моделированию поведения сотен тысяч атомов. Ученые усовершенствовали прежние модели, более точно задав форму и распределение частиц углерода внутри материала. Команда провела около 1 500 вычислительных моделирований на уровне атомов — в сумме это эквивалентно примерно 15 годам машинного времени.
Источник: hi-tech.mail.ru