Российские исследователи разработали инновационный материал для гибкой электроники
Российские исследователи разработали гибридный композитный материал, перспективный для применения в устройствах носимой электроники, который преобразует магнитные поля в электрический ток с эффективностью в три раза выше существующих аналогов. Об этом сообщили в пресс-службе Министерства образования и науки РФ.
Материалы, способные эффективно обмениваться различными формами энергии, например, превращать магнитную энергию в электрическую, особенно востребованы в современных электронных технологиях. Так, мультиферроики — вещества, обладающие одновременно магнитными и электрическими свойствами — широко применяются в сенсорах, системах для хранения информации и устройствах для сбора энергии.
В отличие от традиционных электронных материалов, которые функционируют исключительно на электрических сигналах, мультиферроики реагируют одновременно на магнитные и электрические воздействия, что позволяет создавать более компактные и энергосберегающие устройства. «Тем не менее, многие мультиферроики являются жесткими и ломкими, что ограничивает их использование в гибкой электронике.
Поэтому ученые нацелены на разработку эластичных материалов, обладающих высоким уровнем преобразования энергии», — говорится в сообщении Минобрнауки РФ. Исследовательская группа из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН создала гибкий магнитоэлектрический композит, включающий полимеры и наночастицы кобальтового феррита.
Основой данного материала стал силиконовый эластомер — мягкий и податливый полимер, объединённый с пленкой из поливинилиденфторида, который способен генерировать электрическое напряжение при механической деформации, например, при сгибании. В эту структуру были введены наночастицы феррита кобальта, часть кобальтовых ионов в которых была замещена ионами цинка или никеля.
Такая модификация позволила изменить магнитные характеристики композита: цинк уменьшал коэрцитивную силу, а никель увеличивал чувствительность к слабым магнитным сигналам. В ходе испытаний выяснилось, что образец с цинковыми ионами демонстрирует наилучшую эффективность преобразования магнитных полей в электрический ток.
Представители Минобрнауки отметили, что эффективность этого материала в три раза превосходит составы, изготовленные с использованием чистого феррита кобальта, а его характеристики сопоставимы с некоторыми пьезоэлектрическими генераторами, задействованными в беспроводных сенсорах. «Мы продемонстрировали, что даже незначительные изменения в составе наночастиц значительно усиливают магнитоэлектрический эффект.
Это особенно важно для создания компактных и лёгких компонентов, включая источники питания для носимых электронных устройств», — отметила директор научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ Валерия Родионова, чьи слова приводит пресс-служба. По её мнению, в будущем подобные материалы станут основой энергоэффективных технологий, добывающих энергию из окружающих электромагнитных излучений. Учёные также планируют создать прототип устройства, которое будет выделяться на фоне аналогов высокой прочностью, малыми весом и доступной стоимостью.