Пьезоэлектрики — материалы, из которых можно буквально выдавить электричество: заряд появляется в них при сжатии или растяжении. Однако подобные материалы, используемые в современной электронике (от датчиков давления, чувствительных элементов микрофона — до контроллеров впрыска чернил в струйных принтерах), например, цирконат-титанат свинца — тяжелые и очень негибкие. Вдобавок любое производство, связанное со свинцом, наносит большой вред экологии. Поэтому ученые постоянно ищут новые пьезоэлектрики с пониженным содержанием свинца, а также с меньшим весом и большей гибкостью.
Международной группе ученых из университета Дуйсбурга-Эссена (Германия), НИТУ МИСиС, Томского госуниверситета и МИЭТ удалось создать гибкий пьезоэлектрик и проанализировать его свойства. Как рассказал участник исследования, старший научный сотрудник центра «Материаловедение и металлургия» НИТУ МИСиС Дмитрий Киселев, это композитный материал на основе керамики и органических полимеров.
— Такие вещества имеют ряд преимуществ по сравнению с чистой керамикой: малая плотность, возможность изготовления деталей любого размера и формы, механическая эластичность, стабильность электрофизических свойств, простота и относительно низкая стоимость получения, — пояснил «Известиям» Дмитрий Киселев.
Новый композит отлично показал себя при высоких давлениях. Это открывает ему перспективы применения в производстве датчиков давления для атомной энергетики, нефтяной и газовой промышленности. Материал будет востребован и при создании инновационных зарядных устройств, акустических систем и др.
Ученые также предполагают, что новый материал будет дешев. Поэтому им, к примеру, можно будет покрывать днища кораблей. Он защитит металл от коррозии в морской воде (за счет полимерной составляющей). А его пьезоэлектрические свойства не дадут морским обитателям прикрепляться к днищу — удар током заставит их отплыть от корпуса. Это увеличит срок его службы.
— Разработан абсолютно новый материал с уникальными свойствами, обладающий повышенной пьезоактивностью. У него очень широкий спектр применения. Коммерчески он востребован, так как его производство недорого, — рассказал «Известиям» соавтор работы, доцент Института перспективных материалов и технологий МИЭТ Максим Силибин.
По мнению зампредседателя Южного научного центра РАН, эксперта в области новых материалов Валерия Калинчука, ученым действительно удалось совершить маленькую революцию в своей области.
— Это настоящий прорыв. Разница между старым материалом и новым примерно такая: представьте, что вы едете на природу и хотите взять с собой телевизор. Сейчас вам придется как-то его тащить. А так вы взяли его, свернули в трубочку и пошли, — объяснил Валерий Калинчук.
Проект стартовал в 2016 году при поддержке Российского научного фонда (РНФ), его грант рассчитан на три года. Общая сумма финансирования — до 18 млн рублей. Экспериментальная часть работы выполнена на атомно-силовом микроскопе в Дуйсбурге. Результаты работы на днях опубликованы в журнале Scientific Reports.
