Российские учёные придали электропроводность биополимеру, чтобы его можно было использовать для изготовления датчиков, нагревательных элементов и других компонентов электроники. Расширить сферу применения полилактида удалось, добавив в его состав наноструктурный наполнитель и пластификатор.
Полилактид (ПЛА) — полимер на основе растительного сырья, который широко используется в 3D-печати. Основной сложностью является его повышенная хрупкость, которая существенно возрастает при введении в состав наполнителей, в том числе электропроводных. Непростой научно-технической задачей является сочетание эластичности, например, с электро- и теплопроводностью или магнитными свойствами.
Для решения этой сложности учёные НИТУ МИСИС и РЭУ им. Плеханова 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 оптимальномы подбору компонентов и их сотношения в полимере формируется проводящая сеть, по которой ток проходит лучше», — сказал д.т.н. Игорь Бурмистров, ведущий инженер кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.
Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer Engineering & Science (Q2).
«При 30%-ном 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 жёсткость материала, поэтому оптимальная концентрация добавки зависит от требований к готовому изделию», — добавила Ксения Прокопович, аспирантка кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.
Новый композит перспективен для применения в электронике. Например, в устройствах, которым нужно регистрировать изменения окружающей среды, и в элементах, где важно контролировать прохождение тока. При этом конкретная область применения зависит от требуемых электрических и механических свойств материала.
