Секрет в слоях, как у графита: учёные нашли идеальную формулу прочности и проводимости

Учёные Томского научного центра СО РАН представили инновационные электропроводящие полимерные композиты, созданные на основе карбосилицида титана и азотсодержащих фаз.

Эти материалы выдерживают нагрев до 400 °C и открывают перспективы для производства элементов обогревательных систем и микроэлектроники.

Почему это важно

Создание новых материалов с улучшенными электрическими и тепловыми характеристиками сегодня является одним из приоритетов мировой науки.

Новые композиты, синтезированные в Томске, объединяют свойства металлов и керамики благодаря особой слоистой структуре.

"Полученный нами карбосилицид титана на основе так называемых MAX-фаз сочетает в себе лучшие свойства керамики и металлов благодаря слоистой структуре, похожей на структуру графита", — сказала кандидат технических наук, старший научный сотрудник ТНЦ СО РАН Ольга Шкода.

Уникальные свойства

• Сохраняют электропроводность при температурах до 400 °C.
• Отличаются механической прочностью и стабильностью.
• Благодаря слоистой структуре MAX-фаз демонстрируют высокую устойчивость к экстремальным нагрузкам.

Сравнение материалов

Возможные применения

• Обогревательные элементы и электронагреватели.
• Микроэлектронные устройства, работающие при высоких температурах.
• Суперконденсаторы и литий-полимерные аккумуляторы.
• Газовые и биологические сенсоры.
• Защитные экраны от электромагнитных помех и статического разряда.

Советы шаг за шагом для внедрения

1. Оценить задачи устройства или системы, требующей термостойких проводящих материалов.
2. Определить диапазон рабочих температур и подобрать подходящий композит.
3. Использовать полимерные связующие для адаптации материала в конкретной конструкции.
4. Тестировать образцы на устойчивость к циклическим нагрузкам.
5. Внедрять в прототипы обогревателей, датчиков или аккумуляторов.

Плюсы и минусы композитов

FAQ

Можно ли использовать материал в аккумуляторах?
Да, композиты подходят для литий-полимерных батарей и суперконденсаторов.

Чем они лучше металлов?
Сохраняют электропроводность и прочность при высоких температурах, не окисляются так быстро.

Где опубликованы результаты исследований?
В журнале Journal of Alloys and Compounds.

Мифы и правда

• Миф: металлы всегда лучше для проводимости.
  Правда: MAX-композиты сохраняют свойства там, где металл теряет их при нагреве.

• Миф: керамика не может быть проводящей.
  Правда: в сочетании с полимерами и MAX-фазами она приобретает новые свойства.

• Миф: новые материалы слишком узкоспециализированные.
  Правда: они применимы в широком спектре — от сенсоров до обогревателей.

Три интересных факта

1. MAX-фазы сочетают металлическую и керамическую природу благодаря особой слоистой кристаллической решётке.
2. Подобные материалы перспективны для авиации и космоса, где важна надёжность при перегрузках.
3. Томская школа материаловедения считается одной из ведущих в России в области новых композитов.

Исторический контекст

Идея MAX-фаз возникла в 1990-е годы, когда исследователи начали искать материалы, объединяющие свойства керамики и металлов. Сегодня такие структуры активно изучаются в разных странах, а российские учёные делают шаг вперёд, адаптируя их к полимерным композитам для электроники и энергетики.

А что если…

А что если такие композиты массово заменят металлы в электронике и нагревательных системах? Это снизит вес устройств, увеличит их срок службы и позволит создавать более компактные решения.