Российские исследователи разработали гибкий композит, который способен преобразовывать магнитные поля в электрическую энергию с эффективностью, в три раза превосходящей существующие аналоги. Об этом сообщили в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ.
Материалы, эффективно превращающие одну форму энергии в другую, например, магнитную в электрическую, чрезвычайно востребованы в современной электронике. Так, мультиферроики — соединения, объединяющие магнитные и электрические свойства — применяются в сенсорах, системах хранения данных и устройствах для сбора энергии.
В отличие от традиционных электронных материалов, которые реагируют лишь на электрические поля, мультиферроики обладают способностью одновременно реагировать на магнитные и электрические воздействия. Это открывает возможности для создания более компактных и энергоэффективных устройств. Однако большинство таких материалов отличаются жесткостью и ломкостью, что ограничивает их применение в гибкой электронике.
Поэтому учёные нацелены на создание эластичных материалов с сохранением высокой эффективности преобразования энергии, — говорится в сообщении Минобрнауки РФ. Группа исследователей из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН создала гибкий магнитоэлектрический композит на базе полимеров и наночастиц феррита кобальта.
В качестве основы использован силиконовый эластомер — мягкий и податливый полимер, интегрированный с пленкой поливинилиденфторида, которая при механическом воздействии, например, сгибании, генерирует электрический заряд. В этот состав были добавлены наночастицы феррита кобальта, часть ионов кобальта заменили на цинк или никель.
Такая модификация позволила скорректировать магнитные свойства композита: цинк снизил магнитное сопротивление размагничиванию, а никель повысил чувствительность к слабым магнитным полям. Эксперименты показали, что образец с ионами цинка формирует электрический заряд из магнитного поля наиболее эффективно.
По данным Минобрнауки РФ, эффективность этого материала превзошла в три раза образец из чистого феррита кобальта и приблизилась к показателям некоторых пьезоэлектрических генераторов, применяемых в беспроводных сенсорах. «Мы продемонстрировали, что даже незначительные изменения в составе наночастиц существенно усиливают магнитоэлектрический эффект.
Это имеет большое значение для создания легких и компактных устройств, таких как элементы питания для носимой электроники», — отметила директор научно-образовательного центра «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ Валерия Родионова, чьи слова приводятся в сообщении. По ее мнению, в будущем подобные материалы могут стать основой энергоэффективных технологий, позволяющих извлекать энергию из окружающих электромагнитных полей.
В дальнейшем учёным предстоит изготовить прототип нового устройства, которое будет обладать повышенной прочностью, малым весом и низкой стоимостью, отличаясь от существующих аналогов.
Исследование было реализовано при поддержке Министерства науки и высшего образования России. Итоги исследования опубликованы в научном журнале Polymers.