Техника - молодёжи 1960-12, страница 43

СОПЕРНИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ КРИСТАЛЛОВ

В электротехник* изоляторы и проводники известны давно. Искусственные полупроводники, занимающие по своим свойствам проводить электрический ток промежуточное место между проводниками и изоляторами, появились впервые лишь несколько десятилетий назад. Но мы при* аыкли уже, когда о них заходит речь, представлять саба миниатюрные усилительные, выпрямительные, нагревательные приборы, изготовленные из твердых кристаллических веществ! кремния, германия, селена. Эти метериалы являются полупроводниками, так сказать, «по природе». Энергия сеязи между атомами кристаллов меньше, чем у изоляторов. Поэтому лишь под влиянием внешних воздействий: света, тепла н т. п., электроны в полупроводниках начинают отрываться от своих атомов, вызывая я замкнутой цепи ток.

А можно ли, взяв нестоящий, стопроцентный изолятор, превратить его в полупроводник или даже а проводник электрического тока? Что и говорить, проблема необычейно заманчивая. И, быть может, фантастическая? Нет, она оказалась вполне реальной.

i

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ПОЯИМКРЫ ПРОВОДНИКИ

Приходилось ли аам видеть электрические провода без металлической токоеедущей жилы? Такой провод уЖо существует. Его производство освоено на московском заводе «Электропровод». Внешне это гибкий, упругий шланг с хлопчатобумажной прядью в центре, которая пропитана графито-сажевой суспензией на базе раствора полимере и проводит ток при разности потенциалов до 12 тыс. в и выше. Толстея оболочка выполнена из изоляционного полимере. Она защищает токопроводящую жилу от повреждений, изолирует от окружающей среды. Текой провод нспытыаался в системе зажигания автомобиля и дал хорошие результеты. Применение его дает большую экономию цветных металлов и значительно снижает уровень редиопомех, возникающих при работе двигателя внутреннего сгорания с электрозапальными свечами. Испытания показали, что провод с неметаллической токоведущей жилой целесообразно применять также е анодных цепях радиоаппаратуры, в некоторых медицинских высокочастотных установках.

В природе существует стетическое электричество, которое аозникеет от трения. Электрические заряды скапливаются всегда на изолированных от земли предметех, причем потенциел может достигать значительной величины н при разряде создает искру. Тек, непример, в сухую погоду на корпусе любой машины от трения о воздух заряд может воз-

И. ОСТРЯКОВ, сотрудник Всесоюзного научно-исследовательского института пленочных материалов н искусственной кожи, и А. ГЕРШВАЛЬД, инженер

И ПОЛИМЕРЫ

Классический образец изолятора — резина. По своему строению —это полимерное соединение. Но если ввести в него частицы электропроводной сажи, то резина становится хорошим проводником. И, увы, даже слишком хорошим: когда токопроводящую резину включали е электрическую цепь, она нагревалась, уменьшала свое сопротивление и быстро сгорала (см. цветную вкладку, рис. 1).

В 1955 году одному из авторов этой статьи, И. Острякоау, удалось получить текой полимер, который выдерживал сравнительно большие напряжения и не сгорел, когда по нему пропускали ток определенной величины (рис. 2). После серии опытов удалось найти ряд добавок, которые делают полимеры полупроводящими или проводящими, увеличивающими с нагревом свое сопротивление. В общем виде это резина, в которую путем диффузии вводят частицы углерода (ацетиленовой сажи). При включении образца под напряжение большое количество электронов отрывается от частиц сажи. Электроны движутся от частицы к частице: в полимере возникает электрический ток.

Сопротивление полимера зависит от растяжения, даеления и температуры. Характер зееисимости можно изменять, вводя в полимер соответствующие токопроводящие добавки. Установлено, что величина тока и его изменение с нагревом зависят не только от разновидности углероде в резине, но и от степени содержания е ней жирных кислот и смол. Возможность регулировать вид зависимости сопротивления от температуры открывает широкие перспективы применения полупроводниковых и токопроводящих материалов типа резины. Поскольку текие материалы изготовляются на основе кеучука и других полимеров, они могут обладать эластичностью, что делает их в отдельных случаях незаменимыми. Не менее ценные качестве — неокисляемость, сравнительно низкая стоимость, небольшой вес, нейтрельиость е некоторых химических процессах, безындуктивность.

Интересно отметить, что изготовленный не основе кеучука токопроводящий резиновый стержень, содержащий до 70 весовых частей ацетиленовой сажи на 100 весовых честей смеси, при растяжении сначала увеличивает свое сопротивление, а потом резко умеиьшеет. Почему это происходит? Есть основания считать, что при рестяжении газ, удержанный на поверхности честиц сежи, приходит в состояние более высокой разреженности, а это улучшает проскок электронов между частицами.

иинать и удерживаться блегодеря изоляции корпуса от земли резиновыми шинами.

большую опасность представляет статическое электричество для автомашин, перевозящих огнеопесные чруэы. При случайном заземлении корпуса может возникнуть искра, ведущая к пожару или взрыву. Причина пожаров долгое врамя оставалась неизвестной. Впоследствии стали заземлять машины и склады с горючим, чтобы заряды стекели в землю без искры. Для мешии заземление устраивается в виде свешивающейся цепи, касающейся земли. Но было бы лучше применять в качестве материала шин токопроводящую резину, которея легко отводила бы заряды в землю. Кроме того, она будет иметь больший срок службы, чем резина обычных шин.

Дело в том, что возникновение статического электричества сопровождается обрееояаиием озона, ускоряющего процесс старения резины. С применением новых шин этого происходить не будет. Такие шины можно будет применить и на самолетах для снятия заряда, возникающего на корпусе во еремя полета. Токопроводящая резина устранит опасность скапливания зарядов на лентах угольных транспортеров, валах печатных станков и деталях ткацких машин.

Электрический потенциал накапливается и на теле чело-вена. Опыты показывают, что при трении кожаных подметок о деревянный паркет во время танцев возникает эеряд величиной в сотни вольт, а при танцах на линолеуме он может превышать тысячу вольт. Обувь с подметкой из токопроводя-щего полимера может избевить нас от влияния статического электричества.

в некоторых медицинских процедурех применяются свинцовые электроды, которые с успехом могут быть заменены полимерными. Свинец дорог и тяжел, его окислы оказывают на организм человека и препараты вредное действие.

ПОЛИМ1РЫ-НАГМВАТ1ЛИ

Токопроводящие полимеры могут быть использованы а качестве нагревателей. Простейший нагреватель — это кусом трехслойной резины: внутренний слой — токопроводящий, дав наружных —■ изоляционные. Изменяя поперечное сечение резины, можно регулировать ее сопротивление. Так, можно изготовить грелку, имеющую на разных учесткех разную температуру. Регулировать степень нагрева можно текже пере

37