Pesquisadores de HSE, em conjunto com colegas do RAN Institute of Organoelement Compounds e do RAN Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, estudaram as propriedades de um copolímero à base de éter de poliarileno e cetona (co-PAEK) para potenciais aplicações espaciais. Os filmes Co-PAEK são altamente resistentes a descargas eletrostáticas causadas por radiação ionizante e podem, portanto, ser usados ​​como revestimento protetor para eletrônicos de espaçonaves. Os resultados do estudo foram publicados em Polímeros .

A eletrônica da espaçonave está continuamente exposta ao plasma do espaço ambiente. Sua radiação ionizante faz com que carga elétrica se acumule em materiais dielétricos a bordo de veículos baseados no espaço, levando a descargas eletrostáticas que podem resultar em falhas de dispositivos eletrônicos e, em última análise, da própria nave espacial.

No mundo todo, apenas três centros de pesquisa estão equipados e com pessoal para estudar os efeitos da radiação ionizante em materiais usados ​​na construção de espaçonaves em condições virtualmente reais. Essas instalações são o Laboratório MIEM HSE de Segurança Funcional de Sistemas e Veículos Espaciais (Moscou), Laboratório de John Robert Dennison na Universidade Estadual de Utah (Logan, Utah, NÓS.), e o Laboratório de Thierry Paulmier em Toulouse, França.

Os pesquisadores investigaram as propriedades condutivas dos filmes co-PAEK, fornecendo primeiro às amostras de filme eletrodos de alumínio muito finos por meio de deposição a vácuo e, em seguida, colocando as amostras dentro de uma câmara de vácuo equipada com um canhão de elétrons. Ao bombardear os espécimes com portadores de carga de 50, 000 eV, os pesquisadores mediram a condutividade induzida pela radiação do filme associada aos pares elétron-buraco produzidos pela radiação. Este parâmetro reflete a eficácia com que os materiais podem remover cargas acumuladas. Em particular, os pesquisadores examinaram as características de corrente-tensão (I-V), ou seja, a relação entre a corrente elétrica que passa pelo filme e a voltagem nos eletrodos; eles descobriram que, devido às suas características superlineares I-V, os filmes são altamente eficazes na remoção de cargas eletrostáticas. Os pesquisadores também estudaram o efeito de mudança dos filmes, ou seja, a capacidade do polímero de fazer uma transição reversível de um estado ôhmico alto para um estado ôhmico baixo em um campo elétrico forte. Este último estado aumenta a condutividade do polímero.

Ainda não existe um modelo físico geralmente aceito que descreva o efeito de troca em filmes finos de polímero. Contudo, os baixos limiares de comutação dos filmes co-PAEK e a reversibilidade desses efeitos parecem altamente promissores. Notavelmente, é possível modificar a capacidade de troca de resistividade dos copolímeros variando seu conteúdo de ftalídeos.

Os autores investigaram o transporte de portadores de carga em filmes co-PAEK com conteúdo variado de ftalídeos; para este propósito, eles sintetizaram filmes de 20 a 25 mícrons com 3, 5 e 50 por cento de unidades contendo ftaleto.

Os resultados mostram que um aumento nas unidades contendo ftaleto em co-PAEKs de 3 a 50 por cento não produziu praticamente nenhuma mudança na condutividade induzida por radiação dentro da faixa de campo elétrico estudada. Isso indica que os portadores de carga nesses experimentos se moveram de forma isolada e que os campos elétricos aplicados estavam abaixo do limiar necessário para a interação coletiva de cargas e formação de canais condutores desencadeando o efeito de transição de alta para baixa resistividade.

Infelizmente, nas espessuras de filme estudadas, o aumento adicional dos campos elétricos causa uma pane elétrica; Portanto, pode ser muito cedo para planejar sua aplicação espacial. No entanto, os pesquisadores acreditam que este material é altamente promissor e que novas pesquisas sobre o efeito de comutação poderiam produzir resultados mais conclusivos. Este copolímero já foi usado para proteger modelos de protótipos de células solares de silicone em espaçonaves.