Исследователи из НИТУ МИСИС совместно с коллегами из РЭУ им. Г.В. Плеханова и Тамбовского ГТУ разработали состав на основе полилактида, который сочетает электропроводность с повышенной эластичностью. Для этого в полимер добавили наноструктурный наполнитель и пластификатор. Полученный композит может найти применение при изготовлении датчиков, нагревательных элементов и других компонентов электроники.
Полилактид (ПЛА) — биоразлагаемый полимер на основе растительного сырья, который широко используется в 3D-печати. Однако у материала есть существенный недостаток — хрупкость, которая существенно возрастает при введении в состав наполнителей, в том числе электропроводных. Поэтому перед учеными стоит задача разработки составов, сочетающих эластичности, например, с электро- и теплопроводностью или магнитными свойствами.
Для решения этой задачи авторы исследовали различные технологические подходы к совмещению ПЛА, наполнителя и разных пластификаторов. Они выбрали наиболее эффективные концентрации и виды пластификаторов, в частности пропиленкарбонат, который обеспечивает длительный эффект пластификации и не выделяется в окружающую среду из полимерной матрицы.
«Наиболее сбалансированные свойства новый композит демонстрирует при содержании пропиленкарбоната в диапазоне 10-15 %. При малом содержании он оседает на частицах технического углерода и улучшает контакт с полимером и распределение углеродных частиц. Когда добавки становится больше, она проникает в полимерную основу и повышает ее эластичность. Благодаря оптимальному подбору компонентов и их соотношения в полимере формируется проводящая сеть, по которой ток проходит лучше», — рассказал один из авторов исследования, ведущий инженер кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС, доктор технических наук Игорь Бурмистров.
«При 30-процентном содержании пластификатора удельное электрическое сопротивление материала снизилось более чем в два раза. В образцах с высокой концентрацией добавки относительное удлинение при разрыве достигало 59 %. Это позволяет подбирать состав композита под конкретные задачи, например, когда наряду с электропроводностью важна эластичность изделия. При этом увеличение содержания пластификатора снижает жесткость материала, поэтому оптимальная концентрация добавки зависит от требований к готовому изделию», — добавила аспирантка кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Ксения Прокопович.
По словам ученых, новый композит перспективен для применения в электронике. Например, в устройствах, которым нужно регистрировать изменения окружающей среды, и в элементах, где важно контролировать прохождение тока.
