Ученые Южно-Уральского государственного университета идут в ногу со стремительным развитием микро- и наноэлектроники. Исследователи разрабатывают материалы для компонентов систем будущего. Например, они предложили новый композитный материал, применение которого в конденсаторах увеличит характеристики накопления энергии и поможет предотвратить сбои в работе. Статья о разработке материала с улучшенными диэлектрическими характеристиками опубликована в одном из самых престижных журналов первого квартиля «Journal of Materials Chemistry A» (топ 10%).
Уникальный материал для наноэлектроники
Композиционный материал для наноэлектроники ученые Южно-Уральского государственного университета создали в коллаборации с коллегами из Белоруссии, Индии и Китая. Материал может быть использован в качестве диэлектрика (изолирующее вещество) в полимерных конденсаторах. Эти устройства накапливают энергию и, в отличие от аналогов, будут использоваться в электронике будущего: они дольше служат, меньше весят, обладают высокой прочностью и скоростью заряда.
Разработанный учеными материал позволяет улучшить характеристики конденсаторов. Как рассказал к.ф.-м.н., старший научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ Алексей Труханов, композит создан на основе инкапсулированных наноструктур, состоящих из диэлектрического наноразмерного оксида магния (MgO) с сегнетоэлектрической наноразмерной оболочкой титаната бария (BaTiO3). Добавление всего трех массовых процентов этих компонентов в полимерной матрице увеличивает плотность тока разряда на 187% — это демонстрирует выдающиеся характеристики накопления энергии.
«Подобные исследования сейчас актуальны, так как стремительное развитие микро- и наноэлектроники требует новых подходов и разработки новых материалов для миниатюризации функциональных компонентов. Принципиально значимым результатом данного исследования является разработка новых композиционных материалов с улучшенными диэлектрическими характеристиками, сочетающих в себе несколько технологий: core-shell — технологию создания наночастиц диэлектрического MgO с наноразмерной оболочкой из сегнетоэлектрика BaTiO3, а также технологию диспергирования данных наноструктур в полимерной матрице», — прокомментировал Алексей Труханов.
.jpg)
Будущее функциональных композитов
Новый материал предотвратит сбои в работе электронных систем. Во время «пробоя» диэлектрика не будет развития электрического напряжения и инжекции заряда с электродов. Этого добились, разработав новую наноструктуру ядро-оболочка и покрыв оболочку высоко изолирующим оксидом магния. Новые наночастицы существенно повысили прочность полимерных нанокомпозитов, сделав их идеальным материалом для диэлектриков.
«Результаты совместной работы с зарубежными коллегами открывают широкие перспективы для управления электрическими характеристиками функциональных полимерных материалов данного класса. На данный момент в планах продолжать исследования по заданному направлению — функциональные композиты с управляемыми свойствами. Сейчас проводятся активные исследовательские работы в области композиционных материалов с магнитными наполнителями», — добавил Алексей Труханов.
Конденсаторы, в которых может применяться разработанный учеными ЮУрГУ материал, активно используются в области передачи энергии, «зеленой» энергетики, создания электротранспорта и медоборудования.
Исследования в области материаловедения являются одними из трех стратегических направлений развития научной и образовательной деятельности Южно-Уральского государственного университета наряду с цифровой индустрией экологией.
ЮУрГУ – участник Проекта 5-100, призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.