МОСКВА, 3 июл. Гибкий композит, перспективный для создания новых устройств носимой электроники, который преобразует магнитные поля в электричество втрое эффективнее аналогов, создали российские ученые. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Материалы, способные эффективно преобразовывать разные формы энергии друг в друга, например, магнитную в электрическую, широко востребованы в современной электронике. К примеру, мультиферроики (материалы, сочетающие магнитные и электрические свойства) используются в датчиках, системах хранения данных и устройствах для сбора энергии.
В отличие от обычных электронных материалов, работающих исключительно на электричестве, мультиферроики способны одновременно реагировать на магнитные и электрические поля, благодаря чему на их основе можно создавать более компактные и энергоэффективные устройства.
«Однако большинство мультиферроиков — жесткие и хрупкие, из-за чего их не используют в гибкой электронике. Поэтому ученые стремятся создать эластичные аналоги, которые сохранили бы высокую эффективность преобразования энергии», — отмечается в сообщении Минобрнауки РФ.
Исследователи Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта с коллегами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН разработали эластичный магнитоэлектрический композит на основе полимеров и наночастиц феррита кобальта.
Основу материала составил силиконовый эластомер — мягкий и гибкий полимер, который объединили с пленкой из поливинилиденфторида, способной генерировать электрическое напряжение при деформации (например, сгибании). К этой структуре добавили наночастицы феррита кобальта, причем часть ионов кобальта заменили на цинк или никель. Это позволило настроить магнитные свойства композита: цинк снизил сопротивление размагничиванию, а никель повысил чувствительность к слабым магнитным полям.
Эксперименты показали, что образец с ионами цинка преобразует магнитные поля в электрическое напряжение наиболее эффективно. Как рассказали в Минобрнауки РФ, его эффективность оказалась в три раза выше, чем у материала, изготовленного с частицами чистого феррита кобальта, и была сопоставима с некоторыми пьезоэлектрическими генераторами, используемыми в беспроводных датчиках.
«»Мы показали, что даже небольшие изменения в составе наночастиц могут значительно усилить магнитоэлектрический эффект. Это особенно важно для создания компактных и легких устройств, например, элементов питания для носимой электроники», — рассказала директор НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ Валерия Родионова, слова которой приводятся в сообщении.
По ее мнению, в будущем такие материалы могут лечь в основу энергоэффективных технологий, собирающих энергию из окружающих электромагнитных полей
В дальнейшем ученые планируют изготовить прототип и предложить новый прибор, который будет отличаться от аналогов прочностью, легкостью и низкой стоимостью.
Исследование проведено при поддержке Минобрнауки России. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.