Российские исследователи разработали гибкий композитный материал, который обладает в три раза большей эффективностью преобразования магнитных полей в электрическую энергию по сравнению с существующими аналогами. Об этом сообщили в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ.
Материалы, способные высокоэффективно преобразовывать различные типы энергии, например, превращать магнитные поля в электрические, пользуются большим спросом в сфере современной электроники. Так, мультиферроики — вещества, сочетающие магнитные и электрические свойства — применяются в сенсорах, системах хранения данных и устройствах для улавливания энергии.
В отличие от обычных электронных материалов, которые реагируют только на электрические поля, мультиферроики могут воспринимать и магнитные, и электрические воздействия одновременно. Это позволяет на их базе создавать более компактные и энергоэффективные гаджеты. Однако, большинство таких материалов являются жесткими и ломкими, что ограничивает их использование в гибкой электронике.
Поэтому учёные ставят задачу разработать эластичные аналоги с сохранением высокой эффективности энергетического преобразования, — говорится в сообщении Минобрнауки РФ. Группа специалистов Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из МГУ и Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН создала гибридный магнитоэлектрический композит, основанный на полимерах и наночастицах феррита кобальта.
Основой нового материала стал силиконовый эластомер — мягкий и гибкий полимер, который был объединён с плёнкой из поливинилиденфторида, способной генерировать напряжение при механческих деформациях, например, при сгибании. Для улучшения характеристик в структуру добавили наночастицы феррита кобальта, часть ионов кобальта в которых замещали цинком или никелем.
Такая модификация позволила управлять магнитными свойствами композита: ионы цинка уменьшали сопротивление размагничиванию, а никель повышал чувствительность к слабым магнитным полям. Проведённые опыты показали, что образец с ионами цинка работает наиболее эффективно при преобразовании магнитной энергии в электрическую.
Как отметили в Минобрнауки России, эффективность полученного материала оказалась втрое выше по сравнению с композитом на основе чистого феррита кобальта и сопоставима с показателями некоторых пьезоэлектрических генераторов, применяемых в беспроводных сенсорах. «Мы доказали, что даже минимальные изменения в составе наночастиц способны значительно увеличить магнитоэлектрический эффект.
Это особенно важно для создания компактных и лёгких устройств, таких как источники питания для носимой электроники», — сообщила директор НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ Валерия Родионова, чьи слова приводятся в релизе. По её мнению, в будущем подобные материалы смогут лечь в основу эффективных технологий сбора энергии из внешних электромагнитных полей. В дальнейшем исследователи планируют изготовить прототип нового устройства, которое будет отличаться прочностью, низким весом и доступной стоимостью по сравнению с существующими решениями.