Российские ученые модернизировали полиэтилен при помощи ультразвука и углеродных нанотрубок. В отличие от изначального материала, полученный композит обладает высокой диэлектрической проницаемостью и большей износостойкостью. Благодаря этим качествам, его можно использовать для покрытия радиолокационного оборудования. Обновленный полиэтилен защитит приборы от ударов, осколков пуль и плохой погоды.
Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы широко и эффективно используется в различных технических приложениях и, в особенности, в медицине. По сути это обычный полиэтилен, отличие состоит лишь в том, что длина его атомной цепочки в десятки раз больше, чем у остальных полимеров, что дает ему ряд преимуществ. Такие материалы могут выдерживать экстремально низкие температуры, повышенную влажность, воздействие агрессивных кислотных сред и деформационные нагрузки. Для них характерна прочность, износостойкость и способность переносить высокие ударные воздействия. Несмотря на эти качества, для использования в радиолокации такому полимеру не хватает достаточной диэлектрической проницаемости.
Ученые Федерального исследовательского центра (ФИЦ) «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» совместно с коллегами из новосибирского ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» синтезировали композит на основе полиэтилена, модифицированный многослойными углеродными нанотрубками. Полученный материал обладает повышенной диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями. При этом его износостойкость увеличилась практически на 40 % по сравнению с первичным материалом.
В начале работы авторы исследования поставили цель — повысить диэлектрическую проницаемость полиэтилена, чтобы его можно было применять в качестве покрытия, которое радиопрозрачно в заданном частотном диапазоне. Для этого материал был модифицирован нанотрубками, причем наночастицы нужно было распределить в материале так, чтобы они были рассредоточены равномерно и не соприкасались друг с другом. В противном случае свойства полиэтилена будут ухудшаться.
Для равномерного распределения нанотрубок в материале ученые смешивали компоненты с растворителем, а полученный раствор облучали ультразвуком. После перемешивания исследователи убрали растворитель и спрессовали материал. Именно такой метод синтеза позволил расположить наночастицы равномерно и улучшить диэлектрические свойства композита. Помимо этого новый полимер приобрел еще один бонус — износостойкость увеличилась почти на 40%. И, как обнаружили ученые, это не было связано с добавлением наночастиц.
Такое изменение свойств вызвало ультразвуковое излучение, которое использовали во время синтеза материала для внедрения в него нанотрубок. Для пробы ученые создали полимер в тех же условиях, но уже без наночастиц. Выяснилось, что именно УЗ-воздействие изменяет структуру полимера и определяет формирование такой, которая оказывается более износостойкой.
«В качестве основы был выбран полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы. Он обладает повышенной по сравнению с обычным полиэтиленом прочностью и высокой износостойкостью, больше, чем фторопласт или тефлон, которые являются одними из самых износостойких полимеров. Так как он обладает такими потрясающими свойствами, было интересно модернизировать материал для радиоэлектроники при помощи нанотрубок. Ожидалось, что мы увеличим диэлектрическую проницаемость и не допустим высоких диэлектрических потерь. Соответственно, материал будет еще и накапливать электрическую энергию. Но самое главное, что он будет пропускать электромагнитные волны необходимой частоты, а другие наоборот гасить. Это очень важно для радиолокационного оборудования», — рассказал о результатах соавтор исследования инженер Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН Илья Александрович Маркевич.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен находит свое применение во многих областях. Из него изготавливают покрытия для лыж, сноубордов, катков, бронежилеты и каски, имплантаты для коленных и тазобедренных суставов, и даже такие простые предметы быта как разделочные доски. Благодаря новой разработке сибирских ученых к этому списку добавилось использование материала в качестве покрытия для радиолокационного оборудования, которое сможет защищать его от ударов, выстрелов огнестрельного оружия и просто внешних климатических воздействий.
Источник: Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
На фото: Композитный материал из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы модифицированный нанотрубками