Специалисты из Балтийского федерального университета имени И. Канта, МГУ им. М. Ломоносова и Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН разработали гибкий композитный материал, способный преобразовывать магнитные поля в электрическое напряжение, сообщила пресс-служба Минобрнауки.
Новый материал создан на основе полимеров и наночастиц феррита кобальта и может использоваться при производстве датчиков, беспроводных устройств и систем сбора энергии, работающих за счет окружающих магнитных полей вместо электричества.
Ученые пояснили, что в современной электронике востребованы материалы, способные эффективно преобразовывать различные формы энергии, например, магнитную в электрическую.
Создан гибкий композитный материал, способный преобразовывать магнитные поля в электричествоИзображение: пресс-служба Минобрнауки, А. Шевченко
Мультиферроики являются материалами, сочетающими магнитные и электрические свойства, и уже применяются в датчиках, системах хранения данных и устройствах для сбора энергии. В отличие от традиционных электронных материалов, работающих только на электричестве, мультиферроики реагируют на оба типа полей, что позволяет создавать более компактные и энергоэффективные устройства.
Однако большинство мультиферроиков обладают жесткостью и хрупкостью, что ограничивает их применение в гибкой электронике. Российские исследователи решили эту проблему, разработав эластичный аналог с высокой эффективностью преобразования энергии.
В основе материала лежит силиконовый эластомер, который объединили с пленкой из поливинилиденфторида (ПВДФ), генерирующей электрическое напряжение при деформации, и добавили наночастицы феррита кобальта. Также ученые создали образцы с частичным замещением ионов кобальта на цинк или никель, что позволило настроить магнитные свойства композита.
При помещении материала в переменное магнитное поле силиконовый эластомер с наночастицами деформировался, вызывая изгиб слоя поливинилиденфторида, который, в свою очередь, вырабатывал электрическое напряжение.
Наиболее эффективным оказался образец с частицами, где часть ионов кобальта была заменена на цинк. Его эффективность преобразования магнитных полей в электричество в три раза превысила показатели материала с чистым ферритом кобальта и оказалась сопоставима с некоторыми пьезоэлектрическими генераторами, используемыми в беспроводных датчиках.
По словам директор НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ им. Иммануила Канта, кандидат физико-математических наук Валерия Родионова, даже небольшие изменения в составе наночастиц могут значительно усилить магнитоэлектрический эффект. Это особенно важно для создания компактных и легких устройств, таких как элементы питания для носимой электроники.
В будущем подобные материалы могут стать основой энергоэффективных технологий, собирающих энергию из окружающих электромагнитных полей. Ученые планируют разработать прототип устройства, которое будет отличаться низкой стоимостью, прочностью и легкостью.
Разработка предназначена для применения в промышленности, а результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.