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智能型凝胶

有机硅凝胶是一种广泛用于电气工程的绝缘材料。现在,来自瓦克和卡塞尔大学的科学家希望在有机硅凝胶中加入特殊的电活性填料,使其具有一定的导电性——此举将开辟全新的应用领域。

当人们走进卡塞尔大学电力系统和高压工程系的咖啡厅时,都会被这架配备了摄像机的多旋翼直升机所吸引。系主任Albert Claudi教授有时候会在试飞时遥控这架“飞行的摄像机”通过办公室大门飞进咖啡厅,然后原路返回。Claudi教授的多旋翼直升机具有邮购的标准无人机难以企及的优势——后者适合业余园丁使用——例如:多旋翼直升机能从空中记录园丁的园艺技术:拍摄的照片十分清晰。为确保图像的清晰度,电气工程师将摄像机嵌入能吸振的有机硅凝胶中。对于Claudi教授而言,有机硅凝胶的用途可不止如此——他正和瓦克合作开发这种聚合物及其技术特性。

“有了智能型凝胶,将来电导体的缺陷或不规则表面将不再造成困扰。”

Albert Claudi教授,卡塞尔大学

汽车电气化乃大势所趋

有机硅凝胶是日常生活不可或缺的组成部分。例如,在许多汽车的副驾座椅下方安装的铝箱中就有有机硅凝胶的身影。铝箱内装有安全带预紧器和安全气囊的控制装置。如今,还有其他十来个类似的微型计算机也装在铝箱内,伴随着每辆汽车在路上纵横驰骋——这些微型计算机大多安装于发动机舱内。

“现代汽车中的机械结构越来越少,而电气化程度却大大提高,”瓦克博格豪森生产基地的全球产品开发经理Jens Lambrecht说道。POWERSIL®有机硅凝胶能保护敏感电子元件免受湿气的侵蚀,并防止发生腐蚀。有机硅凝胶的优势在于其质地柔软,不会对电子元件产生机械应力。即使所处的温度介于零下50 °C和车辆运行的最高温度之间,其性能也保持不变。而专用系列产品甚至能承受零下100°C至250 °C之间的极端温度。其他材料无法与之媲美。“在该温度区间,环氧树脂等硬封装材料会发生收缩和膨胀,最终会使敏感的电子元件受损。”Lambrecht解释道。

除此之外,有机硅在加工方面也具有优势。低粘度有机硅混合物可浇注于电路板表面。此时,有机硅便具有凝胶的稠度,并牢固粘附于电路板表面。Claudi教授与瓦克化学股份有限公司发现了一种压缩有机硅凝胶的有效方法,因此高温膨胀现象现在也得到了控制。

智能型有机硅是我们的终极目标

Albert Claudi教授在卡塞尔大学前在著名的工业公司任职20年后,Albert Claudi教授于2000年加入卡塞尔大学电力系统和高压工程系。

如今,科学家们希望将高度绝缘混合物转变为智能型有机硅凝胶。这需要将数以百万计的金属氧化物混合物的微小颗粒加入高纯材料中。微变阻器颗粒等颗粒在凝胶中可充当纳米电阻,其导电性随局部电场强度而变化。POWERSIL®凝胶就采用上述工艺进行强化,因此在高压应用中具有特殊性能。当电场强度较低时,该凝胶保持高度的绝缘特性。而当电场强度较高时,该凝胶则具有导电性。其应用领域不胜枚举。“使用智能型有机硅凝胶,可以减少因电导体上有缺陷或表面不规则所引发的问题,”Claudi教授解释道。高电场强度往往发生在这些区域。高电场强度不但会触发放电现象,在最糟糕的情况下还会造成电路故障——而电路故障可能带来严重的后果。

凝胶会在这些缺陷或表面不规则处改变电场,增强局部导电性。“这样,许多装置就能采用更加紧凑型的设计。因为连接部件的绝缘材料通常需要占用很大空间,”Claudi教授说。有机硅凝胶还具有广阔的研发空间。例如,颗粒尺寸有何影响?有机硅凝胶是否能采用其他材料进行改性?凝胶使用10年或更久之后是否依然可靠?

创意涌动

因此,有机硅凝胶的应用领域非常广阔。现在,Claudi教授早已开始酝酿有机硅凝胶的后续开发——毕竟,他在绝缘和电气领域已经积累了十几年的丰富经验。他发明多旋翼直升机也并非出于业余爱好,而是打算用于对高压电缆进行空中监控。

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