Российские специалисты разработали гибкий композит, который обладает перспективой для применения в новых носимых электронных устройствах и преобразует магнитное поле в электрическую энергию с эффективностью, превышающей аналоги в три раза. Об этом проинформировали в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ.
Материалы, способные эффективно конвертировать различные виды энергии друг в друга, например, из магнитной в электрическую, пользуются большим спросом в современной электронике. Так, мультиферроики — вещества, сочетающие магнитные и электрические характеристики — применяются в системах измерения, устройствах для хранения информации и элементах для сбора энергии.
В отличие от стандартных электронных материалов, функционирующих только на электричестве, мультиферроики реагируют сразу на магнитные и электрические воздействия, что позволяет создавать на их базе более компактные и экономичные устройства. Тем не менее, большинство мультиферроиков обладают жёсткой и хрупкой структурой, из-за чего их сложно применять в гибкой электронике.
В связи с этим учёные ставят задачу создать гибкие аналоги, которые сохранят высокую эффективность преобразования энергии», — говорится в сообщении Минобрнауки РФ. Исследователи Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Московского государственного университета имени М. Ломоносова и Института элементоорганических соединений имени А. Несмеянова РАН разработали эластичный магнитоэлектрический композит на основе полимеров и наночастиц феррита кобальта.
В сердцевине материала лежит силиконовый эластомер — мягкий и гибкий полимер, дополненный пленкой из поливинилиденфторида, способной генерировать электрическое напряжение при деформации, например, при изгибе. В эту систему были введены наночастицы феррита кобальта, при этом часть кобальтовых ионов заменили на ионы цинка или никеля.
Так удалось настроить магнитные свойства композита: цинк уменьшил сопротивление размагничиванию, а никель повысил чувствительность к слабым магнитным сигналам. Эксперименты доказали, что образец с замещёнными ионами цинка преобразует магнитные поля в электричество с максимальной эффективностью.
По данным Минобрнауки РФ, эффективность данного материала оказалась втрое выше, чем у композита с чистым ферритом кобальта, а также сравнима с некоторыми пьезоэлектрическими генераторами, применяемыми в беспроводных сенсорах. «Мы продемонстрировали, что даже небольшие изменения в составе наночастиц могут существенно усилить магнитоэлектрический эффект.
Это имеет особое значение для создания компактных, легких устройств, таких как источники энергии для носимых гаджетов», — поделилась директор Научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ Валерия Родионова, чьи слова цитирует пресс-служба. По её мнению, в перспективе такие материалы могут лечь в основу новых энергоэффективных технологий, генерирующих энергию из окружающих электромагнитных полей.
В дальнейшем планируется создать прототип и представить новый прибор, который будет превосходить аналоги по прочности, лёгкости и доступности.
