Учёные открыли новое применение для полимерной плёнки с алюминиевым покрытием — её можно использовать как изолятор в гибкой электронике и медицинских датчиках. При этом материал уже давно доказал свою эффективность в космической отрасли, где защищает спутники от экстремальных температурных перепадов.
Космические технологии на службе инноваций
Специалисты из Empa усовершенствовали существующий материал, добавив ультратонкий промежуточный слой. По словам аспирантки Йоханны Билофф, в основе разработки — та же комбинация материалов, что применяется в передовых космических аппаратах:
- европейском зонде BepiColombo (миссия к Меркурию);
- солнцезащитном щите телескопа Джеймса Уэбба.
Ключевое отличие подхода исследователей: они искусственно создают промежуточный слой, а не полагаются на его естественное формирование. Это даёт возможность точно регулировать свойства материала.
Требования космической среды
Пример солнцезащитного экрана телескопа (21 × 14 м) наглядно демонстрирует жёсткие требования к космическим материалам:
- устойчивость к экстремальным температурным перепадам;
- сопротивляемость механическим воздействиям;
- способность сохранять целостность при складывании/развёртывании;
- локализация повреждений (предотвращение распространения трещин).
Как поясняет Барбара Путц из Empa, спутники на низкой околоземной орбите испытывают температурные колебания до 200 °C — 16 раз в сутки при входе/выходе из земной тени. При этом электронная начинка должна работать в «комнатных» условиях, что делает суперизоляцию критически важным элементом.
Секрет прочности: полиимид и нанослой
В основе тонкоплёночной структуры чаще всего используется полиимид — полимер с выдающимися характеристиками:
- термостойкость;
- вакуумная стабильность;
- отличная адгезия к алюминиевому покрытию.
Последнее свойство обеспечивается естественным промежуточным слоем (несколько нанометров) на границе полимера и металла.
Экспериментальный прорыв
Для изучения механизмов работы промежуточного слоя команда создала модельную систему:
- полиимидная основа — 50 мкм;
- алюминиевое покрытие — 150 нм;
- промежуточный слой оксида алюминия — 5 нм.
Нанесение столь тонкого слоя потребовало высокотехнологичного оборудования от Swiss Cluster AG (spin‑off Empa). Уникальная установка позволяет последовательно наносить разные покрытия в вакуумной камере без извлечения заготовки.
Результаты испытаний
Эксперименты подтвердили эффективность нововведения:
- повышенная эластичность материала;
- устойчивость к трещинообразованию;
- снижение риска отслаивания.
Плёнка прошла тесты на:
- растяжение;
- термошоки;
- химическую и физическую стабильность.
Перспективы развития
Следующий этап исследований включает:
- Эксперименты с варьированием толщины промежуточного слоя.
- Тестирование на альтернативных полимерных подложках.
По словам Барбары Путц, искусственное создание промежуточного слоя открывает возможности для:
- расширения ассортимента совместимых полимеров;
- преодоления ограничений естественной адгезии;
- разработки новых многослойных систем.
Это может привести к созданию принципиально новых композитных материалов, ранее недоступных из‑за проблем с адгезией покрытий.