Российские исследователи разработали инновационный материал для гибкой электроники
Российские исследователи создали гибкий композитный материал, который может применяться для разработки современных носимых устройств и преобразует магнитные поля в электроэнергию с эффективностью, в три раза превышающей существующие аналоги. Об этом сообщили в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ.
Материалы, способные эффективно преобразовывать одни виды энергии в другие, например, магнитную в электрическую, являются весьма востребованными в современной электронике. Так, мультиферроики — вещества, обладающие одновременно магнитными и электрическими свойствами — применяются в датчиках, системах хранения информации и энергоулавливающих устройствах.
В отличие от традиционных электронных материалов, которые функционируют лишь на электрическом сигнале, мультиферроики реагируют на магнитные и электрические поля одновременно, что открывает возможность для создания более компактных и энергоэффективных приборов. Однако большинство известных мультиферроиков характеризуются жесткостью и хрупкостью, из-за чего их сложно применять в гибкой электронике.
Исходя из этого, ученые ставят задачу разработки эластичных материалов, сохраняющих высокий уровень энергетического преобразования", — говорится в сообщении Минобрнауки России. В данном проекте принимали участие специалисты Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Института элементоорганических соединений Российской академии наук имени А. Н. Несмеянова.
В результате они создали гибкий магнитоэлектрический композит, основанный на полимерной матрице и наночастицах феррита кобальта.
В основе материала лежал силиконовый эластомер — мягкий и податливый полимер, соединённый с пленкой из поливинилиденфторида, способного вырабатывать электрическое напряжение при механическом воздействии, например, сгибании. В данную структуру внедрили наночастицы феррита кобальта, при этом часть ионов кобальта замещали ионами цинка или никеля.
Это дало возможность оптимизировать магнитные характеристики композита: добавление цинка снизило магнитное сопротивление размагничиванию, а никель улучшил чувствительность к малым магнитным воздействиям. Исследования показали, что образец с ионами цинка демонстрирует наилучшее преобразование магнитных полей в электрический сигнал.
По информации Минобрнауки, эффективность данного материала оказалась втрое выше, чем у композита, содержащего чистый феррит кобальта, и сопоставима с некоторыми пьезоэлектрическими генераторами, применяемыми в беспроводных сенсорах. «Мы доказали, что даже незначительные изменения в составе наночастиц могут существенно повысить магнитоэлектрический отклик.
Это имеет особое значение при создании лёгких и компактных устройств, таких как источники питания для носимой электроники», — отметила директор Научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские применения» БФУ Валерия Родионова, чьи слова приводятся в пресс-релизе. По её мнению, в перспективе подобные материалы смогут стать основой энергоэффективных технологий, которые аккумулируют энергию из окружающих электромагнитных полей.
В дальнейшем исследователи намерены изготовить рабочий прототип и представить новый прибор, который будет выделяться на фоне существующих благодаря своей прочности, малому весу и доступной стоимости.