Электроимпульсная модификация углеродных волокон наночастицами металлов

Ключевые слова: углеродные материалы, наночастицы, кавитация, металлизация, тонкопленочные покрытия

Аннотация

Ежегодно в мире увеличивается спрос на электронные устройства, работающие от встроенных в них источников энергии. Основные требования, выдвигаемые потребителем к таким устройствам –  высокая вычислительная мощность, длительный срок работы без подзарядки и малый вес. Исходя из этого перед производителями накопителей энергии ставятся задачи – повышения плотности энергии накопителя, уровня безопасной эксплуатации и снижения времени зарядки.
Одно из направлений по решению этих задач – поиск и разработка универсальных электродных материалов. Такие материалы должны сочетать в себе ряд важных характеристик, таких как: высокая удельная площадь поверхности при малом весе; высокая пористость материала и правильная геометрия структуры пор; высокая электрическая проводимость по всей его поверхности; широкий диапазон рабочих температур.
Перспективным типом материалов, способным в промышленном масштабе сделать шаг вперёд в разработке качественно новых накопителей энергии, может стать углеродное волокно. В литературе [1] уже описаны способы разработки накопителей с материалом электродов, сделанным из углеродного материала «Бусофит». Развитие идеи применения углеродного волокна в качестве электродного материала привело к разработке технологии формирования проводящего металлического слоя на поверхности нитей углеродного волокна методом магнетронного распыления [2].
Предложенный способ модификации материала, оказывает положительное влияние на его характеристики, в частности снижается ESR и поверхностное сопротивление, а также увеличивается площадь поверхности материала и улучшается электрический контакт между электродным материалом и токосъёмником. Но предложенный метод не решает задачу металлизации материала внутри его объема, что никак не сказывается на сопротивление через толщу материала.
Для уменьшения как внутреннего, так и объемного сопротивления волокна была проведена электроимпульсная модификация электродного материала. Данный метод основан на эффекте кавитации, который возникает в зоне формирования наночастиц в процессе схлопывания парогазового пузырька [3]. Под воздействием акустических волн, содержащиеся в растворе наночастицы проникают в материал и фиксируются в поровом пространстве за счет ударно-волновой природы кавитации. Данная технология обеспечивает одновременное получение наночастиц и их позиционирование на поверхности и в объеме углеродного материала в едином технологическом цикле.

Keywords: carbon materials, nanoparticles, cavitation, metallization, thin-film coatings

Abstract