Фото: ru.wikipedia.org
После того как уголь сжигают на теплоэлектростанции, образуется зола в виде ценосфер, и их переработка представляет собой сложную задачу. Специалисты из Института химической кинетики и горения имени В. В. Воеводского СО РАН и Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН придумали, как из угольной золы получить полезный композит.
«Мы умеем применять метод электронного напыления покрытия и правильно подготавливать нужный эксперимент. Поэтому нам прислали ценосферы, чтобы можно было проверить всё на практике. Коллеги предположили, что если мы будем сжимать обработанные медью ценосферы в масле, то диэлектрическая проницаемость будет увеличиваться. Однако в итоге мы наблюдали немного другой эффект», — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории быстропротекающих процессов Института химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН аспирант Новосибирского государственного университета Заур Нуриахметов.
Ценосферы состоят из алюмосиликатов — керамики, которая является диэлектриком. При нанесении медного покрытия на этот материал он приобретает свойства металла. Ученые использовали метод магнетронного распыления для нанесения меди. Этот способ физического осаждения включает создание газового разряда, из которого выбиваются ионы меди. Эти ионы перемещаются к поверхности и оседают на ней, образуя медное покрытие.
Медные сферы смешали с трансформаторным маслом так, чтобы масло заполняло промежутки между ними. Затем композит сжали гидравлическим прессом. В результате излишек масла вытек, а ценосферы выстроились в проводящую цепочку. Сопротивление уменьшилось, а проводимость увеличилась.
При небольшом сжатии масло начинает вытекать, и таблетка образца становится проводящей. В случае покрытия толщиной 150 нм дополнительное прессование не требуется. Это позволяет управлять свойствами композита в зависимости от толщины покрытия. Изменение давления регулирует толщину слоя, делая композит «умным». Он способен распознавать порог давления и изменять свои проводящие свойства.
Этот умный композит можно использовать в строительстве как сенсор. Например, его помещают внутрь опоры моста, где он подвергается постоянному внешнему давлению. Когда давление достигает критического значения, композит меняет свою проводимость, что активирует датчик. Он передает информацию о возможных проблемах, таких как угроза обрушения.
Для контроля проводимости в условиях колебаний давления материал должен быть изначально диэлектриком. Это минимизирует влияние электростатических зарядов. Такой композит идеально подходит для бурения, где важны контролируемые условия и безопасность.
Олеся Соснина
