В Томске созданы полимерные композиты для работы при экстремальных температурах

Учёные Томского научного центра СО РАН, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, получили уникальные электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана и азотосодержащих фаз, выдерживающие температуры до 400 °C.

Термостойкий полимерный композит Томского НЦ СО РАН
Источник изображения Фото: пресс-служба ТНЦ СО РАН

К актуальным направлениям науки относится создание новых материалов с улучшенными электрическими и термическими свойствами, в т.ч. электропроводящих композитов, способных выдерживать высокие температуры. Полученный нами карбосилицид титана на основе так называемых MAX-фаз сочетает в себе лучшие свойства керамики и металлов благодаря слоистой структуре, похожей на структуру графита

Ольга Шкода, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории макрокинетики гетерогенных систем ТНЦ СО РАН

Основой для разработки новых полимерных композитов с улучшенными свойствами стал запатентованный способ, когда карбосилицид титана был впервые получен в результате реакции горения при высоких температурах под давлением аргона в реакторе.

Новый материал синтезируется в два этапа, где на первом этапе смешиваются три вида чистых элементных порошков — титана, кремния и углерода.

Далее мы провели реакцию, используя вместо инертного аргона в реакторе азот, который образует дополнительные нитридные фазы и входит в кристаллическую решетку материала, тем самым улучшая его свойства. В результате реакции при температуре более 2100 °C получился карбид титана и карбосилицид титана, в соотношении 15 и 85% соответственно. Именно этот порошок добавляется к обычной трехкомпонентной смеси порошков, и уже этот состав синтезируется в реакторе

Ольга Лепакова, научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов кандидат технических наук

Путем варьирования соотношения порошка, полученного в результате первого синтеза, и исходного состава учёные Томского научного центра нашли идеальные пропорции финального композита.

Оптимальным оказалось, когда на второй стадии процесса он на 40-60% разбавлялся продуктом, синтезированным на первом этапе производственного цикла. Именно такой карбосилицид титана отличают самые высокие электрические и термические свойства, в том числе удельное поверхностное сопротивление 50-100 Ом и рабочая температура до 400 °C

подчеркнул Александр Шульпеков кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории технологического горения

Электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана имеют очень широкий спектр применения. Они востребованы при разработке различных нагревательных приборов и микроэлектронных устройств, нагревающихся до высоких температур. Синтезированные в ТНЦ СО РАН композиты могут найти применение в суперконденсаторах, литий-полимерных аккумуляторах, газовых и биологических датчиках, экранах для защиты от электромагнитных помех и электростатических разрядов, потенциально заменяя металлы и обычные проводящие материалы в различных областях применения.

Исследовательская группа центра продолжит изучать влияние различных добавок в составе исходной смеси на свойства синтезированного материала для поиска оптимальных составов для различных применений.