Уникальный материал для наноэлектроники
Композиционный материал для наноэлектроники ученые Южно-Уральского государственного университета создали в коллаборации с коллегами из Белоруссии, Индии и Китая. Он 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 кандидат физико-математических наук, 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 полимерную матрицу увеличивает плотность тока разряда на 187% – это демонстрирует выдающиеся характеристики накопления энергии.
– Подобные исследования сейчас актуальны: 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, – пояснил Алексей Валентинович.
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 высокоизолирующим 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 медицинского оборудования.
Исследования в области материаловедения являются одним из трех стратегических направлений развития научной и образовательной деятельности Южно-Уральского государственного университета, наряду с цифровой индустрией и экологией.
ЮУрГУ – участник Проекта 5-100, призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.