Полимерные композиты для работы при экстремальных температурах создали в Томске

Ученые Томского научного центра СО РАН, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, получили уникальные электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана и азотосодержащих фаз. Эти композиты выдерживают температуры до 400 °C, их применение открывает новые возможности для создания элементов для обогревательных приборов и микроэлектроники, уточнили в пресс-службе центра. 

«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», — пояснила кандидат технических наук Ольга Шкода, 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. Как рассказала научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов кандидат технических наук Ольга Лепакова, новый материал синтезируется в два этапа.

«На первом этапе смешивались 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 2 100 °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», — отметила Ольга Лепакова.

«Мы варьировали соотношение порошка, полученного в результате первого синтеза, и исходного состава. 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», — в свою очередь подчеркнул кандидат технических наук Александр Шульпеков, 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. 

В планах исследовательской группы — изучить влияние различных добавок в составе исходной смеси на свойства синтезированного материала и предложить оптимальные составы для различных применений.

Полученные результаты представлены в журнале Alloys and Compounds.