Ученые Томского научного центра СО РАН, используя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), получили уникальные электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана и азотосодержащих фаз. Эти композиты выдерживают температуры до 400 °C, их применение открывает новые возможности для создания элементов для обогревательных приборов, микроэлектроники и пр. Полученные результаты представлены в высокорейтинговом журнале Journal of Alloys and Compounds.
«К актуальным направлениям науки относится создание новых материалов с улучшенными электрическими и термическими свойствами, в т.ч. 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», — поясняет старший научный сотрудник лаборатории макрокинетики гетерогенных систем ТНЦ СО РАН кандидат технических наук Ольга Александровна 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 научный сотрудник лаборатории функциональных керамических материалов ТНЦ СО РАН кандидат технических наук Ольга Клавдиевна 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 2 100 °C получился карбид титана и карбосилицид титана (в соотношении 15 и 85 % соответственно). Далее полученный порошок добавлялся к первоначальной трехкомпонентной смеси, и в реакторе опять инициировалась реакция синтеза», — пояснила Ольга Лепакова
«Мы варьировали соотношение порошка, полученного в результате первого синтеза, и исходного состава. Оптимальным оказалось, когда на второй стадии процесса он на 40—60 % 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 рабочую температуру до 400 °C», — в свою очередь подчеркнул научный сотрудник лаборатории технологического горения ТНЦ СО РАН кандидат технических наук Александр Михайлович Шульпеков.
Электропроводящие полимерные композиты на основе карбосилицида титана имеют очень широкий спектр применения. Они востребованы при разработке различных нагревательных приборов и микроэлектронных устройств, нагревающихся до высоких температур. Синтезированные в ТНЦ 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.
Пресс-служба Министерства науки и высшего образования РФ
Фото Петра Каминского
