Новый текстиль с электропроводящим полимером и магнетитом снижает мощность ЭМ излучения более чем на 90%. Его используют для защиты человека и техники от излучения, а также в мобильных нагревательных элементах и источниках питания.
09.04.2025
Во многих странах установлены нормы безопасности по уровню электромагнитного излучения (его источниками, например, являются электротранспорт, линии электропередач, электропроводка, бытовые электроприборы, теле- и радиостанции, спутниковая и сотовая связь и проч.), превышение которого может нанести вред человеку (замедление реакции, ухудшение памяти, депрессии разной тяжести, повышенная возбудимость, раздражительность, нарушения сна, бессонница, резкие перепады настроения, головокружения, слабость). Однако электромагнитные поля могут не только влиять на здоровье, но и вызывать технические сбои. Они нарушают работу электроники, приводят к поломке микросхем и позволяют злоумышленникам дистанционно считывать данные с гаджетов.
Для защиты от электромагнитных помех и утечки данных применяются экраны с высокой магнитной или электрической проводимостью. Они создаются для предотвращения излучения вокруг его источников (высокочастотные антенны, мобильные вышки, трансформаторы, рентген-аппараты, томографы) или защищаемых объектов. В производстве защитных экранов традиционно используются металлы, но их применение ограничено, поскольку металлические соединения могут разрушаться вследствие коррозии.
В качестве альтернативы ученые рассматривают электропроводящие полимеры. Они устойчивы к агрессивным средам и в 5-8 раз легче металлов. Дополнительную эффективность защиты обеспечивает геометрическая структура экранирующего материала. Благодаря многократному внутреннему отражению электромагнитных волн от структурных элементов экрана, электромагнитное излучение поглощается значительно интенсивнее. Электропроводящие полимеры имеют пористую ячеистую структуру и могут быть адаптированы для различных задач. Более того, на их основе можно создавать сложные многослойные материалы с определённой структурой, где размеры и форма элементов подобраны так, чтобы обеспечить наилучшие свойства.
Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» совместно с коллегами из филиала ФГБУ «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – Института высокомолекулярных соединений и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали электропроводящий композиционный текстиль, а также текстиль, сочетающий электропроводящие и магнитные свойства. Эти материалы созданы на основе биосовместимых нетоксичных компонентов: коммерческого нетканого текстиля, специального электропроводящего пластика – полипиррола и магнетита (Fe3O4). При этом материал сохраняет структуру и прочность исходной ткани, что делает его удобным для применения в различных сферах.
«Исследование взаимодействия композиционного текстиля с электромагнитным излучением показало, что образцы толщиной 6 мм с добавлением магнетита в диапазоне частот 6–8 ГГц снижали мощность излучения более чем на 90%. Экранирующая способность материала растет на более высоких частотах. Благодаря биосовместимым нетоксичным компонентам и «дышащей» структуре, он может использоваться в контакте с телом человека, не теряя своих свойств даже при контакте с потом или водой».
Композиционный текстиль состоит из двуслойных волокон, где исходный текстиль покрыт оболочкой из полипиррола. В случае магнитно-электропроводящего текстиля создаётся трёхслойная структура, в которой поверх полипиррольного слоя осаждены частицы магнетита. Важно отметить, что новая технология позволяет сохранить структуру исходной ткани, обеспечивая её механические свойства и высокую удельную площадь поверхности. Это открывает широкие перспективы для применения в различных сферах, требующих защиты от электромагнитного излучения.
Предварительные исследования подтвердили, что материал можно использовать многократно. Хотя его не рекомендуется стирать в щелочных растворах, очистка возможна с помощью химчистки.
Разработка материала и изучение его свойств велись на базе Института высокомолекулярных соединений. Анализ морфологии и состава образцов, проведенный учеными Санкт-Петербургского государственного университета, позволил определить распределение компонентов на волокнах и структуру полимерного слоя.
Команда ЛЭТИ разрабатывала методики и проводила комплексную характеристизацию свойств полученных материалов, включая анализ удельной площади поверхности текстиля до и после обработки методом тепловой десорбции азота по методу Брунауэра, Эммета и Теллера (расчет происходит на основе измерения количества азота, адсорбированного при низких температурах, что позволяет получить представление о микроструктуре образцов). В работе принимал участие аспирант кафедры МНЭ Александр Щербаков, изучавший взаимодействие текстиля с электромагнитным излучением в диапазоне 4–8 ГГц.
«Полученные результаты важны как для науки, так и для практики. Они способствуют развитию методов синтеза электропроводящих полимеров, а также позволяют применять композиционный текстиль не только для защиты от излучения, но и в мобильных нагревательных элементах и источниках питания».
Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Высокомолекулярные соединения. Серия В».
Работа выполняется в русле научно-исследовательской политики программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет 2030».
