Investigadores de HSE, junto con colegas del Instituto RAN de Compuestos Organoelementos y del Instituto RAN de Química Física y Electroquímica, han estudiado las propiedades de un copolímero a base de poliarilen éter cetona (co-PAEK) para posibles aplicaciones espaciales. Las películas Co-PAEK son altamente resistentes a las descargas electrostáticas causadas por la radiación ionizante y, por lo tanto, se pueden utilizar como revestimiento protector para la electrónica de las naves espaciales. Los hallazgos del estudio se han publicado en Polímeros .

La electrónica de la nave espacial está continuamente expuesta al plasma espacial ambiental. Su radiación ionizante hace que la carga eléctrica se acumule en materiales dieléctricos a bordo de vehículos espaciales. conduciendo a descargas electrostáticas que pueden resultar en fallas de dispositivos electrónicos y, por último, de la propia nave espacial.

En todo el mundo, sólo tres centros de investigación están equipados y dotados de personal para estudiar los efectos de la radiación ionizante en los materiales utilizados en la construcción de naves espaciales en condiciones prácticamente reales. Estas instalaciones son el Laboratorio MIEM HSE de Seguridad Funcional de Vehículos y Sistemas Espaciales (Moscú), Laboratorio de John Robert Dennison en la Universidad Estatal de Utah (Logan, Utah, NOSOTROS.), y el laboratorio de Thierry Paulmier en Toulouse, Francia.

Los investigadores investigaron las propiedades conductoras de las películas de co-PAEK suministrando primero muestras de película con electrodos de aluminio muy delgados mediante deposición al vacío y luego colocando las muestras dentro de una cámara de vacío equipada con un cañón de electrones. Bombardeando los especímenes con portadores de carga de 50, 000 eV, Los investigadores midieron la conductividad inducida por radiación de la película asociada con pares de electrones y agujeros producidos por la radiación. Este parámetro refleja la eficacia con la que los materiales pueden eliminar las cargas acumuladas. En particular, los investigadores examinaron las características de corriente-voltaje (I-V), es decir., la relación entre la corriente eléctrica que pasa a través de la película y el voltaje en los electrodos; encontraron que debido a sus características superlineales IV, las películas son muy eficaces para eliminar cargas electrostáticas. Los investigadores también estudiaron el efecto de cambio de las películas, es decir., la capacidad del polímero para hacer una transición reversible de un estado de alta resistencia a una baja resistencia en un campo eléctrico fuerte. Este último estado aumenta la conductividad del polímero.

Todavía no existe un modelo físico generalmente aceptado que describa el efecto de conmutación en películas delgadas de polímero. Sin embargo, Los bajos umbrales de conmutación de las películas co-PAEK y la reversibilidad de estos efectos parecen muy prometedores. Notablemente, es posible modificar la capacidad de conmutación de resistividad de los copolímeros variando su contenido de ftalida.

Los autores investigaron el transporte de portadores de carga en películas co-PAEK con contenido variado de ftalida; para este propósito, sintetizaron películas de 20 a 25 micrones con 3, 5 y 50 por ciento de unidades que contienen ftalida.

Los resultados muestran que un aumento en las unidades que contienen ftalida en co-PAEK del 3 al 50 por ciento no produjo prácticamente ningún cambio en la conductividad inducida por radiación dentro del rango de campo eléctrico estudiado. Esto indica que los portadores de carga en estos experimentos se movieron de manera aislada y que los campos eléctricos aplicados estaban por debajo del umbral necesario para la interacción colectiva de cargas y la formación de canales conductores que desencadenan el efecto de transición de resistividad alta a baja.

Desafortunadamente, a los espesores de película estudiados, un mayor aumento de los campos eléctricos provoca una avería eléctrica; por lo tanto, puede que sea demasiado pronto para planificar su aplicación espacial. Sin embargo, los investigadores creen que este material es muy prometedor y que una mayor investigación del efecto de cambio podría producir resultados más concluyentes. Este copolímero ya se ha utilizado para proteger modelos prototipo de células solares de silicona en naves espaciales.