Множество электрических компонентов, таких как провода, обычно окружены компонентом, который не позволяет электричеству произвольно передаваться объектам окружающей среды. Эти изоляционные материалы известны как диэлектрики, самые мягкие из которых — полимеры. Однако поскольку они подвержены постоянному воздействию электричества, то со временем ломаются.

Разработчики из университета Дюка показали, что твердые изолирующие диэлектрики способны значительно повысить эффективность работы и увеличить срок службы. Это открытие следует за сделанным ранее в этом году открытием точного механизма, с которым диэлектрики разрушаются под воздействием электричества.

«Мы установили, что скачки напряжения физически разрушают полимеры», сказал доцент Xuanhe Zhao, «а затем предположили, что укрепление полимеров будет препятствовать их физической деформации с последующим разрушением. Эксперименты доказали правомочность гипотезы».

Результаты исследования опубликованы в издании Applied Physical Letters.

В ходе эксперимента ученые ограничили три различных диэлектрика эпоксидной смолой. Последняя — тип полимера, созданного в результате реакции смолы с укрепляющим веществом. Затвердевшая смесь обладает весьма высокой прочностью.

«Твердая эпоксидная смола действует как механический ограничитель», сказал Zhao. «А поскольку она плотно прилегает к диэлектрику, то препятствует его деформации. Мы выяснили, что подобный ограничитель повышает способность изоляции выдерживать большие скачки напряжения, увеличивая ее энергетическую плотность в более чем 10 раз».

Zhao отметил, что над решением этой проблемы ученые бились в течение многих лет.

«Наши эксперименты показали, что энергетическая плотность мягких полимеров повышается вследствие механического ограничения диэлектриков», заключил он.

В настоящее время ученые работают над новейшими методами еще большего увеличения энергетической плотности диэлектриков.