Ученые создали новый тип «лоскутных» электрических материалов
Новый тип материалов для современной электроники создали специалисты НИУ МИЭТ в составе международного исследовательского коллектива. По словам ученых, повышенная чувствительность новых материалов к внешним воздействиям позволит создавать более точные датчики магнитного поля для автомобилей и более емкие конденсаторы для переносных аккумуляторов. Результаты представлены в Ceramics International.
Способность материала проводить ток определяется не только его химическим составом, но и расположением частиц в его структуре. Некоторые материалы при внешнем воздействии «упорядочиваются» и меняют свою способность проводить ток или накапливать заряд, рассказали специалисты Национального исследовательского университета «МИЭТ» (НИУ МИЭТ).
Подобные материалы, получившие название «электрокерамика», применяются не только в научных приборах, но и в датчиках автомобилей и самолетов, и в переносных накопителях энергии (пауэрбанках). Благодаря использованию электрокерамики пауэрбанк сам «осознает», когда заряд нужно отдавать, а когда – накапливать, пояснили ученые.
В то же время, по их словам, современные электрические конденсаторы имеют керамическую основу, что делает их хрупкими. Кроме того, их высокая электропроводность и малая поляризуемость понижают их способность сохранять заряд в течение долгого времени. С этим связан, например, постепенный износ аккумулятора в смартфоне.
Коллектив исследователей НИУ МИЭТ вместе с коллегами из Белоруссии, Китая, Пакистана и Вьетнама разработал новый тип материалов, которые за счет «лоскутности» своей структуры обеспечивают высокую емкость и долговечность конденсатора.
«Структура материалов нового типа предполагает сосуществование двух и более фаз ("лоскутов") с разным типом электрического взаимодействия между ионами — это так называемые релаксоры. Сосуществование нескольких таких "лоскутов" позволяет создавать метастабильное структурное состояние, которое предполагает высокую чувствительность этих материалов к внешнему электромагнитному полю, температуре и механическому давлению. Это позволяет использовать такие материалы в различных электротехнических устройствах», — рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий (ПМТ) МИЭТ Дмитрий Карпинский.
Он добавил, что в ходе синтеза таких материалов используются различные химические добавки, которые позволяют управлять их структурным состоянием, типом электрического упорядочения, а значит, и функциональными свойствами таких материалов.
«Мы разработали класс материалов на основе соединений висмута, самария, железа и титана с кислородом. В качестве чувствительных элементов они могут работать исправно даже при высоких температурах, что выгодно отличает их от коммерческих аналогов", — сообщил ученый.
По его мнению, использование новых материалов позволит создавать конденсаторы с высокой емкостью, датчики давления, ускорения, электромагнитного излучения, обладающие высокой чувствительностью в широком интервале температур. Ожидается, что использование таких материалов в различных электротехнических устройствах значительно улучшит их характеристики, например, позволит создавать чувствительные датчики положения и ускорения (акселерометры) для современных смартфонов и автомобилей.
В перспективе ученые НИУ МИЭТ планируют развить технологию синтеза электрокерамических материалов в виде тонкопленочных структур с использованием современных методов напыления на гибкие подложки.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№23-19-00347) и программой «Приоритет-2030».
Источник: РИА НОВОСТИ