Сибирские 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, им можно покрывать радиолокационное оборудование. Обновленный полиэтилен защитит его от ударов, пуль и плохой погоды. Результаты исследования опубликованы в журнале Technical Physics


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 нагрузки. Несмотря на эти качества, для использования в радиолокации такому полимеру не хватает достаточной диэлектрической проницаемости.

Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с коллегами из новосибирского Института катализа 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 они решили модифицировать материал нанотрубками. Для получения требуемого эффекта 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, ученые 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 композита 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 ультразвуковое воздействие изменяет структуру полимера и определяет формирование его структуры, 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 Илья Маркевич, инженер Института химии и химической технологии КНЦ СО РАН.

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 сверхвысокомолекулярного полиэтилена в качестве покрытия для радиолокационного оборудования, которое сможет защищать его от ударов, выстрелов огнестрельного оружия и просто внешних климатических воздействий.