Международная группа исследователей, включающая специалистов НИУ МИЭТ, разработала инновационный тип материалов для современной электроники. Эти материалы обладают повышенной чувствительностью к внешним воздействиям, что открывает новые возможности для создания более точных датчиков магнитного поля в автомобилях и высокоемких конденсаторов для портативных аккумуляторов.
Учёные объясняют, что проводимость материала зависит не только от его химического состава, но и от расположения частиц в его структуре. Некоторые материалы способны "упорядочиваться" под воздействием внешних факторов, изменяя свои электрические свойства.
Такие материалы, известные как "электрокерамика", находят широкое применение в различных областях — от научных приборов до датчиков в автомобилях и самолетах, а также в портативных накопителях энергии. Благодаря электрокерамике, например, пауэрбанки способны "самостоятельно определять" необходимость накопления или отдачи заряда.
Однако современные электрические конденсаторы, имеющие керамическую основу, обладают рядом недостатков, включая хрупкость, высокую электропроводность и низкую поляризуемость, что негативно влияет на их способность длительно сохранять заряд.
Для решения этих проблем международный коллектив исследователей, в который вошли учёные из НИУ МИЭТ, а также их коллеги из Белоруссии, Китая, Пакистана и Вьетнама, разработал новый тип материалов. Их уникальная "лоскутная" структура обеспечивает высокую ёмкость и долговечность конденсаторов.
Дмитрий Карпинский, старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ, поясняет, что новые материалы, называемые релаксорами, характеризуются сосуществованием нескольких фаз с различными типами электрического взаимодействия между ионами. Это обеспечивает высокую чувствительность материалов к внешним воздействиям, таким как электромагнитное поле, температура и механическое давление.
Учёные разработали класс материалов на основе соединений висмута, самария, железа и титана с кислородом. Эти материалы способны эффективно функционировать даже при высоких температурах, что является их значительным преимуществом перед коммерческими аналогами.
Использование новых материалов открывает перспективы создания высокоёмких конденсаторов, а также высокочувствительных датчиков давления, ускорения и электромагнитного излучения, способных работать в широком температурном диапазоне. Ожидается, что применение этих материалов значительно улучшит характеристики различных электротехнических устройств, включая акселерометры для современных смартфонов и автомобилей.
В будущем ученые НИУ МИЭТ планируют развивать технологию синтеза электрокерамических материалов в виде тонкопленочных структур, используя современные методы напыления на гибкие подложки.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда и программой "Приоритет-2030", что подчёркивает его значимость для развития отечественной науки и технологий.