Ученые создали новый тип "лоскутных" электрических материалов

МОСКВА, 2 окт — РИА Новости. 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) НИУ 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".