Сибирские ученые придумали, как осветить улицы городов без электричества
рубрика: наука
Сотрудники Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН разрабатывают фотолюминесцентные композиционные материалы на основе эпоксидной смолы. Такие композиты могут применяться в дизайнерской сфере, в частности для освещения улиц в темное время суток без прямого использования электроэнергии.
По словам ученых, на идею создания нового фотолюминесцентного композиционного материала в качестве самостоятельного источника света их натолкнули композитные опоры, которыми сегодня нередко заменяют стальные или железобетонные столбы на улицах городов, в том числе и в новосибирском Академгородке. Полимерный композит состоит из высокопрочных волокон, связанных полимерной матрицей. Волокна определяют прочность и жесткость материала, полимерная матрица обеспечивает полноту реализации их механических свойств, а также стойкость к воздействию внешней среды. Внутри они полые, в этом пространстве размещаются электрические лампочки. Подобный выбор материала обусловлен тем, что опоры на основе полимерных композиционных материалов обладают уникальным сочетанием таких свойств, как высокая прочность, стойкость к химически агрессивным средам, малая плотность, а также высокие электро- и теплофизические показатели в сравнении с традиционными опорами из дерева, металла и железобетона.
Послесвечение образцов с разной концентрацией люминофора
Композитные опоры легко и быстро монтируются и подходят для установки в труднодоступных и отдаленных районах, где слабо развита сеть автомобильных дорог.
«Мы решили добавить еще один компонент в процесс создания композитных опор — фотолюминесцентный порошок (люминофор), который состоит из алюмината стронция. Такой материал после воздействия на него дневного или искусственного освещения будет излучать свет в течение нескольких часов, тем самым будет виден в ночное время суток. Он распространен в дизайне, наносится на различные предметы интерьера. Изготовление крупногабаритных изделий из фотолюминесцентных полимеров на основе эпоксидной смолы в научной литературе не встречается вовсе. Влияние фотолюминесцентного порошка на физико-механические характеристики полученного композита не имеет определенного ответа и изучено недостаточно глубоко. Первые испытания показали, что если из общей массы эпоксидной смолы 17 % составляет люминесцентный порошок, то модуль упругости на изгиб материала увеличивается на 21—27 % в зависимости от качества порошка, то есть композит становится жестче. Если таким способом получится повысить прочность всей конструкции и вместе с тем избавиться от использования электричества, то это будет гораздо выгоднее при организации уличного освещения», — рассказывает научный сотрудник ИТПМ СО РАН кандидат физико-математических наук Татьяна Александровна Брусенцева.
Фотолюминесцентный порошок может быть практически любого цвета, но его естественный цвет зеленый — это неокрашенный люминофор, придающий максимальную яркость свечения. Композит, который разрабатывают в ИТПМ СО РАН, состоит из двух компонентов: прозрачной эпоксидной смолы и люминофора. Для создания полноценной композитной опоры в качестве основы добавляется стекловолокно. С помощью ультразвука физики смешивают порошок, отвердитель и эпоксидную смолу, таким способом получаются прототипы для начальных испытаний. Ученые планируют провести серию экспериментов, чтобы выявить оптимальное соотношение составляющих для достижения максимальных механических характеристик композита. Затем полученные материалы исследуют на интенсивность свечения. В будущем такой композит можно использовать и в качестве покрытия на уже установленные обычные столбы и бордюры. Ночью свет люминофора позволит задавать отчетливые границы проезжей части, что улучшит безопасность дорожного движения.
«Существуют различные обстоятельства, воздействующие на свойства композиционного фотолюминесцентного материала. Температура воздуха, осадки, солнечный день или пасмурный — всё это влияет на то, как ярко будет светиться опора. С помощью специальных приборов мы сможем провести эксперименты на территории института и отследить поведение композита в сибирских погодных условиях. Проведем механические испытания на растяжение, трехточечный изгиб и малоцикловую усталость при температурах от -40 ℃ до +40 ℃ с целью определения механических характеристик композита в зависимости от состава, рецептурно-технологических факторов, способа получения и размера наполнителя. Эти данные помогут модернизировать создание опор по имеющейся технологии производителя», — поясняет Татьяна Брусенцева.
Ученые подготовили заявку на грант для участия в региональном конкурсе Российского научного фонда и Новосибирской области, где обосновали пользу фотолюминесцентных композиционных материалов для ночного освещения города.
