Новая технология повысила электропроводность композитов на основе углеродных нанотрубок

Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Composites Science and Technology. Электропроводящие полимеры сочетают в себе проводниковые свойства металлов, а также низкий удельный вес, высокие механические свойства и коррозионную стойкость полимерных материалов, что открывает новые возможности для конструирования электродов систем катодной защиты трубопроводов и емкостного оборудования, кабельных оболочек для защиты от элекромагнитных потерь и коронного разряда.

Высокая электропроводность обычно связана с большой степенью наполнения полимеров функциональными электропроводными добавками, тогда как сохранение хороших механических свойств возможно только при их низкой концентрации. Решая этот парадокс, многие исследователи во всем мире стремятся снизить содержание электропроводящих наполнителей. Одно из эффективных путей решения этой задачи — структурирование наполнителя в объеме связующего, создание упорядоченных проводящих (перколяционных) сеток частиц наполнителя. В подавляющем большинстве случаев такое структурирование сопряжено со значительным усложнением и удорожанием технологии.

Международный коллектив ученых решил задачу по созданию локализованных структур наполнителя и снижению перколяционного порога с помощью традиционных технологий прямого прессования полимеров, что позволило обеспечить высокую электропроводность полимерного материала при минимальном содержании наполнителя и недорогой технологии получения изделий.

«Мы показали возможность создания композитов, содержащих многослойные углеродные нанотрубоки (МУНТ), которые формируют каркасные микронные структуры в объеме матрицы полиметиленметакрилата (ПММА). Формируемая стабильная перколяционная сетка обеспечивает высокую электропроводность полученного материала при минимальной концентрации наполнителя», – рассказал научный сотрудник кафедры ФНиВТМ НИТУ «МИСиС» Игорь Бурмистров.

Модификация материала йодом обеспечивает дополнительное повышение электропроводности и защиту от биологических факторов деструкции при эксплуатации элементов катодной защиты в естественном грунте. «При легировании йодом электропроводность этих композитов увеличивается на сотни процентов, что связано со снижением потенциальных барьеров переноса заряда между отдельными нанотрубками в объеме композита», – поясняет Игорь Бурмистров.

Области применения созданных электропроводных композитов разнообразны, но главное – это создание функциональных материалов с заданными показателями электропроводности и диэлектрической проницаемости, улучшенной антикоррозионной и антибактериальной устойчивостью. Они позволят создавать новые перспективные полимерные электродные элементы для защиты металлических элементов различных строительных конструкций, нефте- и газопроводов, механизмов, работающих в морской воде.  

НИТУ МИСИС

68 статей

Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.

Показать больше