Томские ученые получили электропроводящие полимерные композиты для работы при экстремальных температурах

Ученые Томского научного центра СО РАН получили электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана и азотосодержащих фаз, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Такие композиты выдерживают температуры до 400°C, их применение открывает новые возможности в производстве элементов обогревательных приборов и микроэлектроники, сообщает пресс-служба ТНЦ СО РАН.

«К актуальным направлениям науки относится создание новых материалов с улучшенными электрическими и термическими свойствами, в том числе 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», — рассказала старшая научная сотрудница лаборатории макрокинетики гетерогенных систем Томского научного центра СО РАН Ольга Шкода.

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 научная сотрудница лаборатории функциональных керамических материалов 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 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», — рассказала Ольга Лепакова.

«Мы варьировали соотношение порошка, полученного в результате первого синтеза, и исходного состава. Оптимальным оказалось, когда на второй стадии процесса он на сорок-шестьдесят процентов 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», — рассказал научный сотрудник лаборатории технологического горения Александр Шульпеков.

Электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана востребованы при разработке различных нагревательных приборов и микроэлектронных устройств, нагревающихся до высоких температур. Синтезированные в Томском научном центре 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.

Доклад научной команды опубликован в журнале Alloys and Compounds.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.