Учёные БФУ нашли способ повысить эффективность гибкой электроники

Учёные Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с российскими и зарубежными коллегами разработали способ управления свойствами гибких магнитоэлектрических материалов. Исследователи выяснили, что электрический отклик таких композитов можно усилить и сделать более стабильным за счёт определённого расположения магнитных частиц внутри полимера. В работе также участвовали специалисты МГУ имени М. В. Ломоносова, Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН и Самаркандского государственного университета.

 

Магнитоэлектрические материалы способны преобразовывать воздействие магнитного поля в электрический сигнал. Обычно для их создания используют жёсткие компоненты, в том числе керамику. Однако для носимых датчиков и других устройств гибкой электроники необходимы эластичные материалы, которые могут изгибаться и растягиваться. Главная сложность заключается в нестабильности их характеристик: магнитные частицы внутри мягкой полимерной основы способны менять своё положение, что влияет на величину электрического сигнала.

Для решения этой проблемы исследователи создали двухслойный композит, состоящий из пьезоэлектрической полимерной плёнки и магнитоактивного эластомера с микрочастицами железа. Во время изготовления материала на него воздействовали магнитным полем, заставляя частицы выстраиваться в параллельные цепочки. После затвердевания полимера полученная структура сохранялась. При последующем воздействии переменного магнитного поля цепочки обеспечивали более выраженную направленную деформацию, которая передавалась пьезоэлектрическому слою и преобразовывалась в электрический сигнал. При этом отклик оставался стабильным даже при изменении упругости полимерной основы.

Полученные результаты показывают, что характеристики гибких магнитоэлектрических материалов можно регулировать не только подбором химического состава, но и изменением их внутренней структуры. В перспективе технология может найти применение при разработке гибких сенсоров, носимой электроники, биомедицинских устройств и систем сбора энергии из механических и электромагнитных колебаний окружающей среды. Среди возможных направлений использования также рассматриваются «умные» пластыри и автономные источники питания для маломощных устройств. Следующим этапом работы учёных станет создание и оптимизация инженерных решений на основе исследованных композитов.