В НИТУ «МИСиС» разработан самый качественный на сегодня композит—пьезоэлектрик

Фото: misis.ru

Ученые НИТУ «МИСиС» в составе международной группы ученых смогла получить композитный материал, обладающий лучшими на сегодня пьезоэлектрическими свойствами. Результат исследования опубликован в журнале Scientific Reports .

Пьезоэлектрики — одни из самых удивительных материалов в мире. Из них буквально можно выдавить электричество. То есть, электрический заряд появляется в момент сдавливания (или растяжения) материала. Это называется пьезоэлектрический эффект. У пьезоэлектриков множество сфер применения — от датчиков давления, чувствительных элементов микрофона до контроллеров впрыска чернил в струйных принтерах и кварцевых резонаторов.

Одним из самых популярных пьезоэлектриков стал цирконат-титанат свинца. Однако у него есть несколько недостатков — он тяжелый и негибкий. Кроме того, любое производство, связанное со свинцом, наносит большой вред экологии. Поэтому ученые постоянно ищут новые материалы с пониженным содержанием свинца, а также обладающие меньшим весом и большей гибкостью. В частности, создание максимально гибких пьезоэлектриков (при сохранении этого ключевого свойства) сильно бы расширило возможности пьезоэлектрических материалов и как акустических мембран, и как датчиков давления. Международной группе ученых из Университета Дуйсбурга-Эссена (Германия), НИТУ «МИСиС», ТГУ и МИЭТ при финансовой поддержке РНФ (грант 16-19-10112) удалось создать такой материал и проанализировать его свойства. Для этого наночастицы, состоящие из титаната-цикроната бария-свинца, пришлось поместить в комплексный полимер, состоящий из винилидендифторида и трифторэтилена. Варьируя состав компонентов, ученые смогли получить самый оптимальный композит.

«Российско-германская группа ученых, в которую вошел старший научный сотрудник научно-исследовательского центра «Материаловедение и металлургия» НИТУ «МИСиС» Дмитрий Киселев, создала композитный материал на основе керамики и органических полимеров, по свойствам превосходящий самые лучшие на сегодняшний день пьезоэлектрики, — рассказала ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова. — Экспериментальная часть исследования проводилась на атомно-силовом микроскопе немецкого Университета Дуйсбурга-Эссена. Благодаря этой научной коллаборации Дмитрий Киселев получил навыки работы на одном из лучших в мире сканирующих зондовых микроскопов, которые сможет применить в НИТУ «МИСиС».

Как отметил Дмитрий Киселев, у разработанного материала есть очень четкая область применения, обусловленная его полимерной составляющей:

«Композиционные материалы на основе полимера и классических сегнетоэлектриков, обладающие пьезо- и пироэлектрическими свойствами, 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. Кроме того, синтезированный композит отлично проявил себя при высоких давлениях, что делает его прекрасной основой для датчиков давления».

По словам ученого, для изучения композита им пришлось модифицировать стандартную методику, что позволило корректно визуализировать наночастицы керамики в объеме полимерной матрицы: «Чтобы четче уловить электрический сигнал, мы определенным способом нагрели наш образец от комнатной температуры до 60 градусов Цельсия. Это позволило нам очень качественно и воспроизводимо измерить характеристики материала. Наша методика сильно облегчит работу коллегам по изучению композитов. Поэтому надеюсь, что она окажется востребованной у коллег-микроскопистов».

Экспериментальная часть работы проводилась на атомно-силовом микроскопе Университета Дуйсбурга-Эссена (Германия). «Теперь российским ученым стало проще проводить такие измерения на мировом уровне, так как микроскоп MFP 3D Stand Аlone (Asylum Research) теперь есть в Центре коллективного пользования НИТУ „МИСиС“, поэтому мы уже активно сотрудничаем с несколькими институтами РАН и университетами Москвы», — подчеркнул Дмитрий Киселев.

 
По теме
38475478240_9025c1ecbf_k_picture.jpg - МИСиС 6 фото Ученым придется менять сердце сканирующего зондового микроскопа — пластинку пьезоэлектрика, если они хотят добиваться стабильных и более качественных результатов.
01.03.2018
32127266924_ea4d93b69c_b(2)_picture.jpg - МИСиС В поисках совершенного металлического стекла — аморфного металла ученые НИТУ «МИСиС» и Университета Тохоку (Япония) натолкнулись на эффект, с помощью которого можно устроить революцию в производстве нанометаллов,
28.02.2018
 
МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ СОЗДАЛИ «ЖИВЫЕ БИНТЫ» - Московская правда Коллектив молодых ученых НИТУ «МИСиС» впервые в России представил новый терапевтический материал на основе нановолокон из поликапролактона,
13.02.2018
21 июня студенты первого курса, обучающие по адресу ул. Гродненская д.5, под руководством преподавателей Торлиной З.Н.
21.06.2018 Район Можайский ЗАО Москвы
Кроме занятий и экскурсий, школьники в летних лагерях «Московской смены» занимаются  любимым спортом — или пробуют новый.
21.06.2018 Москва.Центр
Пожар в ангаре в Люблине локализован - M24.Ru Фото: портал Москва 24/Никита Симонов Спасатели локализовали пожар на территории ангара с лакокрасочными изделиями в столичном районе Люблино, сообщает пресс-служба МЧС.
21.06.2018 M24.Ru
Есть метро! Новый участок Калининско-Солнцевской линии открылся в тестовом режиме - M24.Ru Фото: портал мэра и правительства Москвы Участок Калининско-Солнцевской линии метро от "Раменок" до "Рассказовки" планируется открыть для пассажиров в конце августа – начале сентября.
21.06.2018 M24.Ru
На Новодмитровской предлагают оценить старинные кольца и браслеты, шляпки и жакеты Ненужных вещей не бывает – в том числе и старых / Фото: Роман Балаев,
21.06.2018 Звездный бульвар
Юрий Куряков играет первый парный теннисный матч на новом бесплатном корте, открывшемся после ремонта.
21.06.2018 Москва.Центр
ХОХЛОМА ВО ВРЕМЯ ФУТБОЛА - Московская правда 21 июня на площадке футбольного пресс-центра в Доме союзов прошли мастер-классы «Роспись деревянной ложки в технике хохлома».
21.06.2018 Московская правда
Есть метро! Новый участок Калининско-Солнцевской линии открылся в тестовом режиме - M24.Ru Фото: портал мэра и правительства Москвы Участок Калининско-Солнцевской линии метро от "Раменок" до "Рассказовки" планируется открыть для пассажиров в конце августа – начале сентября.
21.06.2018 M24.Ru
Сотрудники ГБУ «Жилищник района Покровское-Стрешнево» отремонтировали асфальтобетонное покрытие во дворе по адресу: Врачебный проезд, дом 10, корпус 1. Как сообщил глава районной управы Игорь Попов,
21.06.2018 Район Покровское-Стрешнево СЗАО