Исследователи НИУ МИЭТ в рамках международного исследовательского проекта разработали новый тип материалов для современной электроники. Данные материалы чрезмерно чувствительны к внешним воздействиям, что позволяет создавать более точные датчики магнитного поля для автомобилей и более ёмкие конденсаторы для портативных аккумуляторов. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.
Материал способен проводить только, но зависит это не только от его химического состава, но и от расположения частиц в его структуре. При внешнем воздействии некоторые материалы «перестраиваются» и меняют свою способность проводить ток или накапливать заряд, как отмечают учёные Национального исследовательского университета "МИЭТ".
Такие материалы, называемые "электрокерамикой", применяются не только в научных приборах, но и в датчиках автомобилей и самолётов, а также в портативных накопителях энергии.
Благодаря использованию электрокерамики пауэрбанк может самостоятельно определять, когда нужно отдавать заряд, а когда — накапливать его, поясняют исследователи.
Несмотря на все преимущества, электрические конденсаторы весьма хрупкие, из-за своей керамической основы. Высокая электропроводность и малая поляризуемость снижают их способность сохранять заряд в течение длительного времени. Это приводит к постепенному износу аккумулятора в смартфоне, отмечают учёные.
Совместно с коллегами из Беларуси, Китая, Пакистана и Вьетнама специалисты из НИУ МИЭТ произвели новый тип материалов, которые смогут обеспечить высокую ёмкость и долговечность конденсатора благодаря своей «лоскутной» структуре.
"Структура материалов нового типа предполагает сосуществование двух и более фаз ("лоскутов") с различным типом электрического взаимодействия между ионами — это так называемые релаксоры. Объединение нескольких "лоскутов" создаёт стабильное состояние, которое предполагает высокую чувствительность этих материалов к внешнему электромагнитному полю, температуре и механическому давлению. Это позволяет использовать такие материалы в различных электротехнических устройствах", — рассказывает Дмитрий Карпинский, один из старших научных сотрудников Института перспективных материалов и технологий (ПМТ) НИУ МИЭТ.
Специалист добавляет, что в процессе слияния таких материалов используются различные химические добавки, позволяющие контролировать их структурное состояние, тип электрического упорядочения и функциональные свойства.
"Мы разработали класс материалов на основе соединений висмута, самария, железа и титана с кислородом. Эти материалы могут исправно работать даже при высоких температурах, что выгодно отличает их от коммерческих аналогов", — говорит учёный.
По его мнению, использование новых материалов позволит создавать конденсаторы с высокой ёмкостью, датчики давления, ускорения и электромагнитного излучения, обладающие высокой чувствительностью в широком диапазоне температур. Ожидается, что применение 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 будущем учёные из НИУ МИЭТ планируют усовершенствовать технологию синтеза электрокерамических материалов в виде тонких плёнок с использованием современных методов напыления на гибкие подложки.
Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда (№23-19-00347) и программой "Приоритет-2030".