В НовГУ рассказали, как компьютерные расчеты помогают делать идеальные шины
26 августа 2026, 10:44 31
Россия остается мировым лидером по производству синтетического каучука. Чтобы сделать этот материал максимально прочным и эластичным, ученые используют квантовую химию и сложные компьютерные расчеты. Доцент Казанского национального исследовательского технологического университета Алексей Маслий выяснил, как заставить молекулы выстраиваться в идеальном порядке. Оказалось, что специальные добавки позволяют получать каучук с правильной структурой почти в ста процентах случаев. Своим открытием химик поделился на двадцать первой Международной школе-конференции имени Фока, которая проходит на площадке НовГУ ИНТЦ «Валдай».
Синтетический каучук окружает нас повсюду. Из него делают автомобильные шины, уплотнители для окон, обувь, медицинские перчатки и многое другое. Качество всех этих вещей напрямую зависит от того, как соединяются между собой мельчайшие частицы материала.
— Актуальность работы заключается в том, что синтетический каучук — это очень востребованный продукт, его производство огромно, и потребление растет, — отметил Алексей Маслий. — Россия до сих пор остается в лидерах по производству синтетического каучука. Причины тут очевидны: в Европе натуральный каучук не растет, поэтому его приходится импортировать.
Чтобы получить качественный материал, маленькие молекулы соединяются в длинные цепи. В идеале они должны выстроиться в строгом порядке. Именно правильная структура делает каучук таким эластичным и крепким. Направляют этот процесс катализаторы — вещества, ускоряющие химическую реакцию.
— Особенно в последнее время интерес представляют катализаторы на основе лантаноидов, — дополнил химик. — Они активно исследуются, а самую высокую эффективность среди них показывают неодимовые катализаторы.
Именно неодимовые добавки позволяют создавать материал с рекордным содержанием правильных молекулярных звеньев. Ученый решил выяснить, как это происходит, и создал сложную компьютерную модель химической реакции.
— В рамках работы детально исследованы стадии роста полимера, определяющие образование связей и его структуру, — рассказал о ходе исследования Алексей Маслий. — Получены данные о механизме процесса на основании значений минимальной энергии, которая запускает химическую реакцию. Мы учли влияние растворителя и то, что молекулы связываются благодаря слабым взаимодействиям.
Химики предполагали, что молекулы изначально вступают в реакцию в правильном положении. Однако расчеты показали обратное. Частицы подходят друг к другу в неудобной форме и только в самом центре реакции самостоятельно переворачиваются в нужную сторону, обеспечивая будущей резине эластичность. Компьютер подтвердил, что для присоединения молекулы в идеальном положении требуется гораздо меньше энергии.
— Более низкая энергия активации у нас соответствует встраиванию нужного звена, — объяснил Алексей Маслий. — Поэтому для стадии роста мы предложили схему протекания процесса, где происходит присоединение частицы в одной форме и ее последующее превращение в стабильное эластичное состояние.
Правильность расчетов случайно подтвердилась на реальном производстве. Расчеты казанских ученых показали, что если химическая реакция идет слишком медленно, конец полимерной цепи может перестроиться обратно в неправильное положение.
— Это было экспериментально подтверждено в промышленных масштабах, когда в целях экономии сотрудникам заводской лаборатории поставили задачу уменьшить концентрацию веществ, — поделился ученый. — Реакция замедлилась, и в полимере стало намного больше неправильных звеньев. В итоге материал потерял свои полезные свойства.
Исследования доказали, что при использовании неодимовых катализаторов формирование правильной структуры каучука происходит само собой, так как этот процесс всегда требует меньше энергии.
— Самый важный вывод заключается в том, что полученные нами результаты соответствуют многочисленным экспериментальным данным и серьезно углубляют понимание процесса создания каучука, — заключил Алексей Маслий.
Также на конференции развеяли миф об идеальной структуре алмаза и рассказали, зачем обучать ИИ моделировать молекулы.
Эту и другие новости читайте в официальном МАХ-канале Новгородского университета.
