Специалисты НИТУ «МИСиС» вместе с коллегами из ТГТУ, Томского политеха и университета Нигерии разработали уникальный композит с объемной внутренней структурой на основе модифицированных углеродных нанотрубок. Этот электропроводный материал можно использовать в производстве обогревательных элементов, саморегулирующихся греющих кабелей или электродов катодной защиты.
Электропроводящие композиты сочетают в себе достоинства металлов и полимеров. Это высокие проводниковые и механические свойства, низкий удельный вес и коррозионная стойкость. Это открывает новые возможности для конструирования электродов систем катодной защиты, кабельных оболочек для защиты от электромагнитных потерь и коронного разряда.
Наполнение полимеров функциональными электропроводными добавками для повышения электропроводности приводит к снижению механических свойств, а для сохранения хороших механических свойств необходимо снизить концентрацию добавок.
Одним из эффективных путей решения этой задачи является структурирование наполнителя в объеме связующего, создание упорядоченных проводящих сеток частиц наполнителя. Практически всегда это связано со значительным усложнением и удорожанием технологии.
Специалисты НИТУ «МИСиС» решили задачу по созданию локализованных структур наполнителя и снижению перколяционного порога с помощью традиционных и недорогих технологий прямого прессования полимеров. Это позволило обеспечить высокую электропроводность полимерного материала при минимальном содержании наполнителя.
«Мы показали возможность создания композитов, содержащих многослойные углеродные нанотрубоки, которые формируют каркасные микронные структуры в объеме матрицы полиметиленметакрилата. Формируемая стабильная перколяционная сетка обеспечивает высокую электропроводность полученного материала при минимальной концентрации наполнителя», — рассказал научный сотрудник кафедры ФНиВТМ НИТУ «МИСиС» Игорь Бурмистров.
Модифицировав материал йодом, ученые добились дополнительного повышения электропроводности и защиты от биологических факторов деструкции.
«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.
Главная область применения новых композитов — создание функциональных материалов с заданными показателями электропроводности и диэлектрической проницаемости, улучшенной антикоррозионной и антибактериальной устойчивостью. Они позволят создавать новые полимерные электродные элементы для защиты металлических элементов различных строительных конструкций, нефте- и газопроводов, механизмов, работающих в морской воде.
Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Composites Science and Technology.