HSE-onderzoekers, samen met collega's van het RAN Institute of Organoelement Compounds en het RAN Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, hebben de eigenschappen bestudeerd van een copolymeer op basis van polyaryleenetherketonen (co-PAEK) voor mogelijke toepassingen in de ruimte. Co-PAEK-films zijn zeer goed bestand tegen elektrostatische ontladingen veroorzaakt door ioniserende straling en kunnen dus worden gebruikt als beschermende coating voor ruimtevaartuigelektronica. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in polymeren .

Elektronica van ruimtevaartuigen wordt continu blootgesteld aan het plasma van de omringende ruimte. De ioniserende straling zorgt ervoor dat elektrische lading zich ophoopt in diëlektrische materialen aan boord van ruimtevoertuigen, leiden tot elektrostatische ontladingen die kunnen leiden tot storingen van elektronische apparaten en, uiteindelijk, van het ruimtevaartuig zelf.

Wereldwijd, slechts drie onderzoekscentra zijn uitgerust en bemand om de effecten van ioniserende straling op materialen die worden gebruikt in de constructie van ruimtevaartuigen in vrijwel levensechte omstandigheden te bestuderen. Deze faciliteiten zijn het MIEM HSE Laboratory of Space Vehicles and Systems' Functional Safety (Moskou), John Robert Dennison's laboratorium aan de Utah State University (Logan, Utah, ONS.), en het laboratorium van Thierry Paulmier in Toulouse, Frankrijk.

De onderzoekers onderzochten de geleidende eigenschappen van co-PAEK-films door filmmonsters eerst te voorzien van zeer dunne aluminiumelektroden via vacuümafzetting en vervolgens de monsters in een vacuümkamer te plaatsen die is uitgerust met een elektronenkanon. Door de specimens te bombarderen met ladingsdragers van 50, 000 eV, de onderzoekers maten de stralingsgeïnduceerde geleidbaarheid van de film in verband met elektron-gatparen die door de straling werden geproduceerd. Deze parameter geeft weer hoe effectief materialen geaccumuleerde ladingen kunnen verwijderen. Vooral, de onderzoekers onderzochten de stroom-spanning (I-V) kenmerken, d.w.z., de relatie tussen de elektrische stroom die door de film gaat en de spanning aan de elektroden; ze ontdekten dat vanwege hun superlineaire IV-kenmerken, de films zijn zeer effectief in het verwijderen van elektrostatische ladingen. De onderzoekers bestudeerden ook het schakeleffect van de films, d.w.z., het vermogen van het polymeer om een ​​omkeerbare overgang te maken van een hoogohmige naar een laagohmige toestand in een sterk elektrisch veld. Deze laatste toestand verhoogt de geleidbaarheid van het polymeer.

Er is nog steeds geen algemeen aanvaard fysiek model dat het schakeleffect in dunne polymeerfilms beschrijft. Echter, De lage schakeldrempels van de co-PAEK-films en de omkeerbaarheid van deze effecten lijken veelbelovend. Opmerkelijk, het is mogelijk om het schakelvermogen van de copolymeren te wijzigen door het ftalidegehalte ervan te variëren.

De auteurs onderzochten het transport van ladingsdragers in co-PAEK-films met gevarieerd ftalide-gehalte; Voor dit doeleinde, ze synthetiseerden films van 20 tot 25 micron met 3, 5 en 50 procent van ftalide-bevattende eenheden.

De resultaten laten zien dat een toename van ftalide-bevattende eenheden in co-PAEK's van 3 tot 50 procent vrijwel geen verandering in de door straling geïnduceerde geleidbaarheid binnen het bestudeerde elektrische veldbereik veroorzaakte. Dit geeft aan dat ladingsdragers in deze experimenten op een geïsoleerde manier bewogen en dat de aangelegde elektrische velden onder de drempel waren die nodig is voor collectieve interactie van ladingen en vorming van geleidende kanalen die het effect van een overgang van hoge naar lage soortelijke weerstand veroorzaakten.

Helaas, bij de bestudeerde laagdiktes, verdere toename van elektrische velden veroorzaakt een elektrische storing; daarom, het kan te vroeg zijn om plannen te maken voor hun ruimtetoepassing. Hoe dan ook, de onderzoekers zijn van mening dat dit materiaal veelbelovend is en dat verder onderzoek naar het schakeleffect meer afdoende resultaten zou kunnen opleveren. Dit copolymeer is al gebruikt om prototypemodellen van siliconenzonnecellen in ruimtevaartuigen te beschermen.