ricercatori HSE, insieme ai colleghi del RAN Institute of Organoelement Compounds e del RAN Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, hanno studiato le proprietà di un copolimero a base di poliarilene etere chetone (co-PAEK) per potenziali applicazioni spaziali. I film Co-PAEK sono altamente resistenti alle scariche elettrostatiche causate dalle radiazioni ionizzanti e possono quindi essere utilizzati come rivestimento protettivo per l'elettronica dei veicoli spaziali. I risultati dello studio sono stati pubblicati in polimeri .

L'elettronica dei veicoli spaziali è continuamente esposta al plasma spaziale ambientale. La sua radiazione ionizzante provoca l'accumulo di carica elettrica nei materiali dielettrici a bordo dei veicoli spaziali, portando a scariche elettrostatiche che possono causare guasti ai dispositivi elettronici e, in definitiva, della navicella stessa.

In tutto il mondo, solo tre centri di ricerca sono attrezzati e dotati di personale per studiare gli effetti delle radiazioni ionizzanti sui materiali utilizzati nella costruzione di veicoli spaziali in condizioni praticamente reali. Queste strutture sono il MIEM HSE Laboratory of Space Vehicles and Systems' Functional Safety (Mosca), Laboratorio di John Robert Dennison presso la Utah State University (Logan, Utah, NOI.), e il Laboratorio di Thierry Paulmier a Tolosa, Francia.

I ricercatori hanno studiato le proprietà conduttive dei film in co-PAEK fornendo dapprima campioni di film con elettrodi di alluminio molto sottili tramite deposizione sotto vuoto e quindi posizionando i campioni all'interno di una camera a vuoto dotata di un cannone elettronico. Bombardando gli esemplari con portatori di carica di 50, 000 eV, i ricercatori hanno misurato la conduttività indotta dalle radiazioni del film associata alle coppie elettrone-lacuna prodotte dalla radiazione. Questo parametro riflette l'efficacia con cui i materiali possono rimuovere le cariche accumulate. In particolare, i ricercatori hanno esaminato le caratteristiche di corrente-tensione (I-V), cioè., la relazione tra la corrente elettrica che passa attraverso il film e la tensione agli elettrodi; hanno scoperto che a causa delle loro caratteristiche I-V super lineari, i film sono altamente efficaci nella rimozione delle cariche elettrostatiche. I ricercatori hanno anche studiato l'effetto di commutazione dei film, cioè., la capacità del polimero di effettuare una transizione reversibile da uno stato ad alta resistenza a uno stato a bassa resistenza in un forte campo elettrico. Quest'ultimo stato aumenta la conduttività del polimero.

Non esiste ancora un modello fisico generalmente accettato che descriva l'effetto di commutazione nei film polimerici sottili. Però, le basse soglie di commutazione dei film di co-PAEK e la reversibilità di questi effetti sembrano molto promettenti. In particolare, è possibile modificare la capacità di commutazione della resistività dei copolimeri variandone il contenuto di ftalidi.

Gli autori hanno studiato il trasporto di portatori di carica in film di co-PAEK con contenuto di ftalidi vario; per questo scopo, hanno sintetizzato film da 20 a 25 micron con 3, 5 e 50 percento di unità contenenti ftalidi.

I risultati mostrano che un aumento delle unità contenenti ftalidi nei co-PAEK dal 3 al 50 percento non ha prodotto praticamente alcun cambiamento nella conduttività indotta dalle radiazioni all'interno dell'intervallo del campo elettrico studiato. Ciò indica che i portatori di carica in questi esperimenti si muovevano in modo isolato e che i campi elettrici applicati erano al di sotto della soglia necessaria per l'interazione collettiva delle cariche e la formazione di canali conduttivi innescando l'effetto della transizione da alta a bassa resistività.

Sfortunatamente, agli spessori di film studiati, un ulteriore aumento dei campi elettrici provoca un guasto elettrico; perciò, potrebbe essere troppo presto per pianificare la loro applicazione spaziale. Tuttavia, i ricercatori ritengono che questo materiale sia molto promettente e che ulteriori ricerche sull'effetto di commutazione potrebbero produrre risultati più conclusivi. Questo copolimero è già stato utilizzato per proteggere modelli prototipi di celle solari in silicone nei veicoli spaziali.