Коллектив российских ученых разработал инновационный материал для 3D-печати, обладающий двойной чувствительностью — к деформации и магнитному полю. Исследователи из Балтийского федерального университета, ПНИПУ, КБГУ и НИТУ МИСИС создали композит на основе фторопласта ПВДФ с добавлением магнитных наночастиц кобальта и железа (CoFe₂O₄).
Новый материал сочетает свойства пьезоэлектрика, вырабатывающего электричество при механическом воздействии, и магнитоэлектрического композита, преобразующего магнитное поле в электрический импульс. Ключевой прорыв заключается не только в уникальных свойствах материала, но и в его технологичности — он адаптирован для использования на стандартных FDM-3D-принтерах.
Ученые разработали полный технологический цикл: от синтеза исходных компонентов до производства печатной нити (филамента), сохраняющей функциональность на всех этапах. Был определен оптимальный состав композита, повышающий его чувствительность к магнитным полям и упрощающий процесс печати, что снижает энергозатраты.
«Это была непростая и трудоёмкая исследовательская работа. Пришлось дотошно исследовать свойства нового композита на разных технологических этапах, что позволило лучше разобраться с наиболее оптимальными параметрами для синтеза материала. Мы поняли, что выбор правильного исходного полимера — ключ к тому, чтобы напечатанный объект был не только прочным, но и функциональным. Проведённое исследование стало значимым этапом в разработке новых магнитоэлектрических композитов, из которых можно изготавливать инновационные биомедицинские и электронные устройства методом 3D-печати», — прокомментировал один из авторов работы, научный сотрудник НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» Пётр Ершов.
Разработка открывает перспективы для создания новой генерации устройств: от высокочувствительных датчиков и приводов до «умных» носимых гаджетов. Особый интерес представляет применение материала в биомедицине, например, для 3D-печати скаффолдов — каркасов, направляющих рост стволовых клеток под контролем магнитного поля.