Российские ученые синтезировали ряд самовосстанавливающихся или самозалечивающихся силиконовых материалов для защиты от электрического пробоя. Исследования таких материалов проводят материаловеды и энергетики ЮУрГУ совместно с коллегами из Института химии СПбГУ, сообщила пресс-служба челябинского вуза.
«Самовосстанавливающийся материал способен восстанавливать свою структуру после механической нагрузки или разрушений другого рода, — рассказал старший научный сотрудник НИЛ Многомасштабного моделирования многокомпонентных функциональных материалов ЮУрГУ Геннадий Макаров. — Особенно интересно, если он делает это сам, без внешних воздействий — автономно. Так бывает не всегда, иногда требуется, например, ультрафиолетовое излучение, нагрев, воздействие химическими реагентами».
Исследователи синтезировали ряд силиконовых материалов для защиты от электрического пробоя. В частности, старший научный сотрудник кафедры химии высокомолекулярных соединений СПбГУ Константин Дерябин занимался получением металлополимерных комплексов на основе пиридин-содержащих сополисилоксанов. Сам по себе новый полимер — «желеобразная субстанция». Но если в него добавить отдельные атомы переходных металлов (никеля, кобальта, железа), можно получать разные материалы — от геля до «резины». Остается высушить их и получить пленку, объясняют ученые.
Сам по себе материал не обладает особой механической прочностью. Но если разрезать его, то примерно через 1 — 2 суток при комнатной температуре разрез затянется. При этом эффективность самовосстановления для ряда образцов достигает более 90%.
«Дело в том, что этот новый материал сложный: в нем объединена полимерная матрица и комплексы ионов металлов. Мы построили модель сплошной структуры полимера в трёх вариантах, различающихся содержанием никеля, — отметил Геннадий Макаров. — От доли никеля зависит и прочность материала, и другие его физико-химические характеристики. Самая, пожалуй, интересная находка здесь в том, что входящая в состав материала вода способна образовывать кластеры, которые тяготеют к ионам никеля, причем эти кластеры не изолированы, а связаны чем-то вроде тончайших цепочек, толщиной в 1-2 молекулы воды».
Получается, что внутри гидрофобного материала, каким и должна быть оболочка электрического кабеля, есть «тайная» гидрофильная сеть, вдоль которой могут перемещаться ионы никеля и хлора, исследователи займутся ее изучением.
В своей модели ученые учли не только физико-химические характеристики, но и подробно описали особенности структуры полимерных цепей, объяснили процесс их скручивания. На начальном этапе контактов между научными коллективами Института Химии СПбГУ и ЮУрГУ выяснилось, что новый материал обладает электрической прочностью, достаточной для его использования в качестве изоляции.
Образцы новых полимеров с разными составами синтезируют в Санкт-Петербурге, а опыты над полученными вариациями образцов проводятся в лабораториях ЮУрГУ.
«Команда ученых кафедры „Электрические станции, сети и системы электроснабжения“ разрабатывает методики электрических испытаний и проводит исследование изменения диэлектрических свойств в результате электрического пробоя данного материала», — пояснил доцент кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ Михаил Дзюба.
В ЮУрГУ создали экспериментальную установку для электрического пробоя с ограничением тока через образцы материалов. Ученые кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» предложили новый подход, позволяющий производить анализ эффективности самовосстановления прозрачных силиконовых материалов с дефектами в виде пузырьков, возникающих после электрического пробоя малой мощности.
В рамках консорциума в проекте выстраивается технологическая цепочка. Уже сейчас она дает возможность фундаментальной науке раскрыть природу неочевидных явлений. Результаты работы опубликованы в международном издании Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials.
