Ученые Южно-Уральского государственного университета вместе с коллегами из СПбГУ разрабатывают самовосстанавливающиеся изоляционные материалы. Такие диэлектрики могут применяться в микроэлектронике, конденсаторах и электротехнической продукции.
Образец самовосстанавливающегося материала / © Пресс-служба ЮУрГУ
Исследования свойств новых материалов в Южно-Уральском государственном университете ведутся при тесном сотрудничестве с СПбГУ. В ходе экспериментов ученые кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ изучают поведение полисилоксанов при воздействии сильных электрических полей. Эти материалы, обладая различными физико-химическими свойствами, проявляют уникальную способность к «самозалечиванию» повреждений, возникающих при пробоях.
Синтезируют образцы новых полимеров с разными составами в Санкт-Петербурге, а опыты над полученными вариациями проводятся в лабораториях ЮУрГУ. При высоковольтных исследованиях материалом заполняется полость между двумя электродами, расположенными на расстоянии два миллиметра друг от друга, а затем подается высокое напряжение. Так челябинские ученые изучают не только регенеративные, но и изолирующие свойства полисилоксанов, наблюдая возникновение и исчезновение фигур Лихтенберга (триинги).
«Поскольку мы говорим о самовосстановлении, важно, чтобы после того, как произошел пробой, регенерация поврежденного участка материала после снятия повышенного напряжения протекала без участия человека, и оборудование продолжало работать, как и раньше, – рассказывает доцент кафедры Электрические станции, сети и системы электроснабжения ЮУрГУ Михаил Дзюба. – Сейчас перед учеными стоит задача определения механизмов восстановления материала именно при электрических повреждениях». Это поможет в дальнейшем прогнозировать показатели «самозалечивания» изоляции при эксплуатации и регулировать ее свойства.
Особенность полисилоксана как диэлектрика в том, что при электрическом пробое или зарождении дефекта (триинга) образовавшаяся внутри самовосстанавливающегося изолирующего материала газовая полость схлопывается, устраняя тем самым микроповреждение. После этого материал возвращается к своему первоначальному состоянию. Однако важно рассчитать геометрические параметры слоя полисилоксана для разных условий эксплуатации, чтобы не допустить развития дефекта и его перехода в электрическую дугу, при которой самовосстановление полимера становится невозможным. Восстановление изоляции в случае возникновения триинга происходит за считанные секунды без снятия электрического поля. При пробое с малым током разряда (без горения дуги) процесс «самозалечивания» занимает до двух суток.
Применяться новация будет не только в высоковольтных электроустановках, но и в микроэлектронике, в конструкции таких элементов электроники, как печатные платы, гибкие электронные схемы и конденсаторы. При пробое кабеля потребуется просто отключить его от источника питания и подождать некоторое время до восстановления изоляции. Поскольку повреждение «залечивается» без дополнительного вмешательства, то вполне можно будет избежать ремонта техники и сэкономить средства.
Сегодня самовосстанавливающиеся материалы из полисилоксана научились синтезировать в России. А в будущем появится и технология изготовления различных изделий, способных самостоятельно «залечивать» повреждения.
