Методология получения наномодифицированных эластомеров для электронагревателей с эффектом саморегулирования температуры

Актуальность проекта связана с созданием функциональных материалов нового поколения, которые могут быть использованы для энергоэффективных систем электронагрева с возможностью реализации эффекта саморегулирования температуры. Применение эластомеров, модифицированных углеродными нанотрубками открывает новые перспективы в реализации энергоэффективного нагрева технологических объектов, имеющих большую площадь и сложную геометрию поверхности. Физические принципы, на основе которых осуществляется эффект саморегулирования температуры в наномодифицированных эластомерах, позволяет реализовать энергоэффективный обогрев кровельных конструкций для борьбы с наледью, а также трубопроводов с различным значением диаметра и длины. Следует отметить, что для эластомеров с проводящими наполнителями, отсутствуют данные о влиянии комбинирования полимерных матриц, в сочетании с проводящими свойствами различных наноструктурированных углеродных наполнителей и их взаимодействием с постоянным или переменным электрическим полем. Различная морфология углеродных структур (наполнителя) и появление новых полимерных матриц, обуславливает необходимость комплексных всесторонних исследований, в рамках которых будут получены результаты, позволяющие расширить возможности применения эффекта саморегулирования температуры в различных приложениях, в первую очередь для нагрева объектов в широком температурном диапазоне. При этом, важное значение имеет температурная зависимость объемного расширения эластомеров с наноразмерными добавками, которая влияет на перенос заряда в структуре углеродных нанотрубок. Научной новизной исследований является установление закономерностей влияния структурных и морфологических особенностей углеродных наноматериалов, распределенных в эластомерах, на их электро- и теплофизические свойства, а также эффекты саморегулирования температуры под действием электрического поля. В рамках реализации проекта будут разработаны новые методики для исследования свойств и выявления закономерностей распределения проводящих наполнителей в матрице эластомера, которые могут быть реализованы набором современных методов, а именно методами исследования тепло и электрофизических свойств, электронной микроскопии, методом нейронных сетей и современным математическим аппаратом. Использование нейронных сетей позволит получить уточненные модели теплопроводности и электропроводности эластомеров на основе нескольких типов нано и микроразмерных проводящих добавок. В рамках работ будут совмещены передовые технологии по синтезу углеродных и металлических наноматериалов, модификации полимерных матриц наноструктурными добавками, что соответствует направлению фундаментальных исследований формирования новых материалов с эффективными методами комплексных исследований электро- и теплофизических свойств, а также диагностики наномодифицированных эластомеров с аналитической оценкой свойств в рамках междициплинарного подхода нанотехнологий и электрофизики. Разработка и совершенствование методов получение наномодифицированных эластомеров для электронагревателей с эффектом саморегулирования температуры, представляет собой актуальную научную и практическую задачу, в соответствии с приоритетными направлениями развития науки и техники РФ «Индустрия наносистем» и перечню критических технологий (утвержденных указом Президента РФ №889 от 07.07.11 г. «Технология получения и обработки функциональных наноматериалов»), а также в соответствии с энергетической стратегией России на период до 2030 (распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. №1715-р), целью которой является максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики.