HSE-forskare, tillsammans med kollegor från RAN Institute of Organoelement Compounds och RAN Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, har studerat egenskaperna hos en polyaryleneterketonbaserad sampolymer (co-PAEK) för potentiella rymdapplikationer. Co-PAEK-filmer är mycket resistenta mot elektrostatiska urladdningar orsakade av joniserande strålning och kan därför användas som skyddande beläggning för rymdfarkostelektronik. Studiens resultat har publicerats i Polymerer .

Rymdfarkostelektronik exponeras kontinuerligt för omgivande rymdplasma. Dess joniserande strålning gör att elektrisk laddning ackumuleras i dielektriska material ombord på rymdbaserade fordon, leder till elektrostatiska urladdningar som kan resultera i fel på elektronisk utrustning och, i sista hand, av själva rymdfarkosten.

Över hela världen, bara tre forskningscentra är utrustade och bemannade för att studera effekterna av joniserande strålning på material som används i rymdfarkoster under praktiskt taget verkliga förhållanden. Dessa anläggningar är MIEM HSE Laboratory of Space Vehicles and Systems Functional Safety (Moskva), John Robert Dennisons laboratorium vid Utah State University (Logan, Utah, USA), och Thierry Paulmiers laboratorium i Toulouse, Frankrike.

Forskarna undersökte de ledande egenskaperna hos co-PAEK-filmer genom att först förse filmprover med mycket tunna aluminiumelektroder via vakuumavsättning och sedan placera proverna inuti en vakuumkammare utrustad med en elektronpistol. Genom att bombardera exemplaren med laddningsbärare på 50, 000 eV, forskarna mätte filmens strålningsinducerade konduktivitet associerad med elektron-hålpar som produceras av strålningen. Denna parameter återspeglar hur effektivt material kan ta bort ackumulerade laddningar. Särskilt, forskarna undersökte strömspänningens (I-V) egenskaper, dvs. förhållandet mellan den elektriska ström som passerar genom filmen och spänningen vid elektroderna; de fann att på grund av deras superlinjära I-V-egenskaper, filmerna är mycket effektiva för att ta bort elektrostatiska laddningar. Forskarna studerade också filmernas växlingseffekt, dvs. polymerens förmåga att göra en reversibel övergång från ett högohmskt till ett lågohmiskt tillstånd i ett starkt elektriskt fält. Detta senare tillstånd ökar polymerens konduktivitet.

Det finns fortfarande ingen allmänt accepterad fysisk modell som beskriver omkopplingseffekten i tunna polymerfilmer. Dock, co-PAEK-filmernas låga switch-trösklar och reversibiliteten av dessa effekter verkar mycket lovande. I synnerhet, det är möjligt att modifiera sampolymerernas resistivitetsomkopplingsförmåga genom att variera dess ftalidhalt.

Författarna undersökte transporten av laddningsbärare i co-PAEK-filmer med varierat ftalidinnehåll; för det här syftet, de syntetiserade 20- till 25-mikronfilmer med 3, 5 och 50 procent av ftalidhaltiga enheter.

Resultaten visar att en ökning av ftalidhaltiga enheter i co-PAEK från 3 till 50 procent gav praktiskt taget ingen förändring i strålningsinducerad konduktivitet inom det studerade elektriska fältområdet. Detta indikerar att laddningsbärare i dessa experiment rörde sig på ett isolerat sätt och att de pålagda elektriska fälten låg under tröskeln som behövs för kollektiv interaktion av laddningar och bildning av ledande kanaler som utlöser effekten av hög-till-låg resistivitetsövergång.

Tyvärr, vid de studerade filmtjocklekarna, ytterligare ökning av elektriska fält orsakar ett elektriskt genombrott; därför, det kan vara för tidigt att planera för deras utrymmesansökan. Ändå, forskarna anser att detta material är mycket lovande och att ytterligare forskning om växlingseffekten skulle kunna ge mer avgörande resultat. Denna sampolymer har redan använts för att skydda prototypmodeller av silikonsolceller i rymdfarkoster.