Любой, кто входит в кофейню кафедры энергетических систем и высоковольтной инженерии Кассельского университета, должен быть готов к встрече с мультикоптером, оснащенным камерой. Профессор Альберт Клауди, заведующий кафедрой, иногда посылает свою летающую камеру на пробные полеты через дверь своего кабинета, в кофейню и обратно. Мультикоптер Клауди имеет преимущество перед стандартными дронами для почтовых заказов, которые гордые садоводы-любители используют, например, для записи своего садоводческого искусства с воздуха: он делает четкие фотографии. Чтобы убедиться, что изображения не размыты, инженер-электрик встроил камеру в силиконовый гель, который поглощает удары. У профессора Клауди большие планы в отношении силиконовых гелей – вместе с ВАКЕРОМ он работает над разработкой полимеров и их технических свойств.
«С умным силиконовым гелем дефекты или неровные поверхности в электрических проводниках вызвали бы меньше проблем в будущем.”Prof. Albert Claudi, University of Kassel
Электрификация в автомобилях на подъеме
Силиконовые гели-неотъемлемая часть повседневной жизни. Например, их можно найти в алюминиевых коробках, установленных под передними пассажирскими сиденьями многих автомобилей. Коробки содержат блоки управления преднатяжителями ремней безопасности и подушками безопасности. Еще около десятка таких микрокомпьютеров, также упакованных в алюминий, путешествуют по дорогам почти в каждом автомобиле в настоящее время-большинство из них расположено в моторном отсеке.
«Современные транспортные средства содержат все меньше и меньше механики, в то время как электрификация значительно возросла”, — говорит Йенс Ламбрехт, менеджер по разработке глобальных продуктов компании WACKER в Бургхаузене. POWERSIL® силиконовые гели удерживают влагу вдали от чувствительных электронных деталей и надежно защищают от коррозии. Их преимущество заключается в том, что они мягкие и, таким образом, не создают механических напряжений для компонентов. Это справедливо для температур между -50 °C и максимальной мыслимой рабочей температурой в транспортном средстве. Специальные сорта могут выдерживать даже температурный диапазон от -100 до +250 °C. Ни один сопоставимый материал не может этого сделать. Твердые инкапсуляторы, такие как эпоксидная смола, будут сжиматься и расширяться в этих условиях и буквально раздавливать чувствительные электронные части.
Кроме того, силиконы предлагают преимущества обработки. Низковязкий силиконовый компаунд можно наливать на печатные платы. Только тогда он приобретает консистенцию геля и прилипает там, где он есть. Расширение при высоких температурах тоже теперь можно контролировать, потому что профессор Клауди и компания Wacker Chemie AG открыли способ сжатия силиконовых гелей.
Умные силиконы-это цель
Теперь ученые хотят превратить высокоизолирующий компаунд в умный силиконовый гель. Это влечет за собой включение миллионов мельчайших частиц металлоксидных смесей в высокочистый материал. Частицы, такие как так называемые микроваристоры, действуют как нанорезисторы внутри геля, где их проводимость изменяется с локализованной напряженностью поля. Обогащенный таким образом, POWERSIL® гель обладает особыми свойствами в высоковольтных приложениях. При низкой напряженности поля он продолжает быть высоко изолирующим. При высокой напряженности поля он является проводящим. Существует множество возможных применений. “С помощью умного геля дефекты или неровные поверхности в электрических проводниках вызовут меньше проблем в будущем”, — объясняет Клауди. Высокая напряженность поля часто возникает в этих областях. Они вызывают разряды и, в худшем случае, могут вызвать поломку – возможно, с драматическими последствиями.
Гель смещает электрическое поле именно в этих областях за счет увеличения локализованной проводимости. «Это позволило бы многим устройствам иметь более компактные конструкции. Соединительные детали, например, все еще нуждаются в большом пространстве для размещения изоляционного материала”, — говорит Клауди. Есть много возможностей и для дальнейших исследований. Например, каково влияние размера частиц? Можно ли также модифицировать силиконовый гель другими материалами? Насколько надежны гели после десяти и более лет использования?
Идеи наготове
Поэтому области применения силиконовых гелей весьма обширны. У профессора Клауди уже давно есть идеи для следующего шага в их развитии – в конце концов, у него есть более чем десятилетний опыт работы в области изоляции и электрики. Его мультикоптеры тоже не являются досуговой погоней, а предназначены для полетов над высоковольтными кабелями и наблюдения за ними.