Chercheurs HSE, conjointement avec des collègues du RAN Institute of Organoelement Compounds et du RAN Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, ont étudié les propriétés d'un copolymère à base de polyarylène éther cétone (co-PAEK) pour des applications spatiales potentielles. Les films Co-PAEK sont très résistants aux décharges électrostatiques causées par les rayonnements ionisants et peuvent donc être utilisés comme revêtement protecteur pour l'électronique des engins spatiaux. Les résultats de l'étude ont été publiés dans Polymères .

L'électronique des engins spatiaux est continuellement exposée au plasma spatial ambiant. Son rayonnement ionisant provoque l'accumulation de charges électriques dans les matériaux diélectriques à bord des véhicules spatiaux, conduisant à des décharges électrostatiques pouvant entraîner des pannes d'appareils électroniques et, finalement, du vaisseau spatial lui-même.

À l'échelle mondiale, seuls trois centres de recherche sont équipés et dotés en personnel pour étudier les effets des rayonnements ionisants sur les matériaux utilisés dans la construction des engins spatiaux dans des conditions pratiquement réelles. Ces installations sont le MIEM HSE Laboratoire de Sécurité Fonctionnelle des Véhicules et Systèmes Spatiaux (Moscou), Le laboratoire de John Robert Dennison à l'Université d'État de l'Utah (Logan, Utah, NOUS.), et le Laboratoire de Thierry Paulmier à Toulouse, La France.

Les chercheurs ont étudié les propriétés conductrices des films co-PAEK en fournissant d'abord des échantillons de film avec des électrodes en aluminium très minces par dépôt sous vide, puis en plaçant les échantillons à l'intérieur d'une chambre à vide équipée d'un canon à électrons. En bombardant les spécimens avec des porteurs de charge de 50, 000 eV, les chercheurs ont mesuré la conductivité induite par le rayonnement du film associée aux paires électron-trou produites par le rayonnement. Ce paramètre reflète l'efficacité avec laquelle les matériaux peuvent éliminer les charges accumulées. En particulier, les chercheurs ont examiné les caractéristiques courant-tension (I-V), c'est à dire., la relation entre le courant électrique traversant le film et la tension aux électrodes; ils ont découvert qu'en raison de leurs caractéristiques I-V super-linéaires, les films sont très efficaces pour éliminer les charges électrostatiques. Les chercheurs ont également étudié l'effet de commutation des films, c'est à dire., la capacité du polymère à effectuer une transition réversible d'un état hautement ohmique à un état faiblement ohmique dans un champ électrique intense. Ce dernier état augmente la conductivité du polymère.

Il n'existe toujours pas de modèle physique généralement accepté décrivant l'effet de commutation dans les films polymères minces. Cependant, les faibles seuils de commutation des films co-PAEK et la réversibilité de ces effets semblent très prometteurs. Notamment, il est possible de modifier la capacité de commutation de résistivité des copolymères en faisant varier sa teneur en phtalides.

Les auteurs ont étudié le transport des porteurs de charge dans des films co-PAEK avec une teneur variée en phtalides ; dans ce but, ils ont synthétisé des films de 20 à 25 microns avec 3, 5 et 50 pour cent d'unités contenant des phtalides.

Les résultats montrent qu'une augmentation des unités contenant des phtalides dans les co-PAEK de 3 à 50 % n'a produit pratiquement aucun changement dans la conductivité induite par le rayonnement dans la plage de champ électrique étudiée. Cela indique que les porteurs de charge dans ces expériences se sont déplacés de manière isolée et que les champs électriques appliqués étaient inférieurs au seuil nécessaire pour l'interaction collective des charges et la formation de canaux conducteurs déclenchant l'effet de la transition de résistivité élevée à faible.

Malheureusement, aux épaisseurs de film étudiées, une augmentation supplémentaire des champs électriques provoque une panne électrique ; donc, il est peut-être trop tôt pour planifier leur application spatiale. Néanmoins, les chercheurs pensent que ce matériau est très prometteur et que d'autres recherches sur l'effet de commutation pourraient produire des résultats plus concluants. Ce copolymère a déjà été utilisé pour protéger des modèles prototypes de cellules solaires en silicone dans des engins spatiaux.