Ученые из Национального исследовательского университета «МИЭТ» совместно с международной группой исследователей разработали новый тип материалов для современной электроники. Высокая чувствительность этих новых материалов к внешним воздействиям будет способствовать созданию более точных датчиков магнитного поля для автомобилей, а также более емких конденсаторов для переносных аккумуляторов. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

Проводимость материала электрического тока определяется не только его химическим составом, но и структурой распределения частиц. Некоторые материалы под воздействием внешних факторов могут перестраиваться и изменять свои электрические свойства. Представители НИУ МИЭТ объяснили, что такая перестройка влияет на способность материала проводить ток или накапливать заряд.

Электрокерамика, так называется данный тип материалов, уже находит применение в различных областях, включая датчики автомобилей и самолетов, а также в переносных накопителях энергии — пауэрбанках. Благодаря электрокерамике, пауэрбанки могут сами «решать», когда отдавать заряд, а когда накапливать, что делает их использование более эффективным.

Однако современные керамические конденсаторы имеют ряд недостатков: они хрупки и обладают высокой электропроводностью и низкой поляризуемостью, что уменьшает их способность долго сохранять заряд. Этот недостаток, например, является причиной постепенного износа аккумуляторов в смартфонах.

Исследователи из НИУ МИЭТ в сотрудничестве с учеными из Белоруссии, Китая, Пакистана и Вьетнама создали материал с «лоскутной» структурой, обеспечивающий высокую емкость и долговечность конденсаторов. Структура этих материалов включает сосуществование нескольких фаз с различными типами электрического взаимодействия между ионами, что делает их высокочувствительными к электромагнитным полям, температурным изменениям и механическому давлению.

По словам старшего научного сотрудника Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Дмитрия Карпинского, в процессе создания этих материалов используются различные химические добавки для управления их структурным состоянием и функциональными свойствами. В частности, разработанные материалы на основе соединений висмута, самария, железа и титана с кислородом могут работать даже при высоких температурах, что отличает их от существующих коммерческих аналогов.

Ожидается, что использование этих новых материалов позволит разрабатывать конденсаторы с высокой емкостью, а также с высокочувствительные датчики давления и ускорения, которые функционируют в широком температурном диапазоне. Это открывает перспективы для создания более точных акселерометров для смартфонов и автомобилей.

В будущем ученые НИУ МИЭТ планируют усовершенствовать технологию синтеза электрокерамических материалов, применяя методы напыления тонкопленочных структур на гибкие подложки.

Исследование поддерживается Российским научным фондом (грант № 23-19-00347) и программой «Приоритет-2030».