Фундаментальные основы синтеза широкого класса уникальных полимерных покрытий с уникальными свойствами, востребованных медициной, машиностроением, в том числе предназначенных для экстремальных условий космоса и Арктики, заложила команда ученых из Томска, 9 января сообщает пресс-служба Томского научного центра (ТНЦ) СО РАН.

Синтез, основы которого разработали специалисты из Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН, Томского госуниверситета и ТНЦ СО РАН, основан на использовании плазмы газового разряда низкого давления, происходящего в потоке газа.

Результаты проведенных исследований были представлены в статье «Характеристика плазменной полимеризации гексаметилдисилоксана в тлеющем разряде постоянного тока в токе аргона», опубликованной в журнале Vacuum.

Соавтор статьи аспирант Даниил Зуза рассказал о решаемых исследованием задачах: «Полимеры — это вещества, состоящие из длинных макромолекул, где атомы связаны друг с другом посредством ковалентных связей. Существуют природные полимеры, например, хорошо знакомые целлюлоза или белки. Существуют и синтетические полимеры, это, например, полиэтилен или поливинилхлорид».

Обычно процесс полимеризации происходит как результат химической реакции между мономером и другими веществами. Новым направлением в последнее время стал плазмохимический синтез полимеров, при котором полимерные покрытия получаются активированием молекул мономера в плазме газового разряда, пояснил ученый.

Важным преимуществом плазмохимического синтеза является возможность синтеза полимеров из множества органических или элементоорганических химических веществ, включая такие, которые нельзя полимеризовать при традиционном подходе.

Кроме того, такой метод позволяет получать полимерные покрытия достаточно быстро, в одну стадию, и не требует использования растворителей.

Активация испаренных молекул мономера в этом случае происходит при передаче им энергии частиц плазмы. Эти высокореакционноспособные частицы осаждаются на поверхность изделия, создавая покрытия, уникальные свойства которых можно заранее обеспечить, изменяя отдельные параметры плазмохимической установки.

Научная команда трех томских организаций комплексно развивает метод плазменной полимеризации, устанавливая фундаментальные основы процессов, лежащих в ее основе, а также создает необходимое оборудование и разрабатывает технологию получения полимерных покрытий.

Итогом проведенной работы стало создание на базе ИСЭ СО РАН прототипа экспериментальной установки для нанесения полимерных покрытий с помощью плазмы газового разряда в потоке газа.

Ее особенностью по сравнению с существующими стало то, что активация мономера выполняется в ограниченном объеме плазмохимического реактора, а осаждение его частиц происходит на поверхности изделия, помещенного в вакуумную камеру.

При этом формирование полимерного покрытия происходит практически без воздействия плазмы на материал, что позволяет формировать покрытия на изделиях, чувствительных к такому воздействию, а также ограничивает размер обрабатываемого изделия лишь размерами вакуумной камеры, а не электродной системы.

Сам процесс плазмохимического осаждения полимерных покрытий является сложным и многофакторным. На него оказывает влияние ряд параметров, что создает сложность их описания и учета. Поэтому существует необходимость планомерного выявления эмпирических закономерностей процесса и фактов, которые поспособствуют дальнейшему развитию метода, рассказал Даниил Зуза.

Именно такие задачи в настоящее время стоят перед научным коллективом из сотрудников лабораторий вакуумной электроники и низкотемпературной плазмы ИСЭ СО РАН, Центра исследований в области материалов и технологий химфака ТГУ и лаборатории перспективных технологий ТНЦ СО РАН.

Ученые исследуют процессы плазмохимического синтеза полимеров и уточняют влияние параметров этого процесса, в числе которых состав рабочей газопаровой смеси, скорость потока смеси, природа подложки, параметры газового разряда, давление в системе, на его химический состав и физико-химические свойства.

Ими были установлены режимы работы плазмохимической установки, которые обеспечивают наиболее эффективную плазменную полимеризацию гексаметилдисилоксана, формирующую полиметилсилоксановые полимеры с высокой диэлектрической прочностью, термостабильностью, стойкостью к химически агрессивным средам и высокой адгезией к металлическим материалам.

Разработчики считают, что дальнейшее развитие плазмохимического синтеза полимерных покрытий послужит основой современных технологий производства новых материалов с заранее заданными свойствами, которые будут востребованы медициной, машиностроением, пищевой промышленностью и аэрокосмической отраслью.