Премия Рунета-2020
Ростов-на-Дону
+10°
Boom metrics
Общество1 марта 2022 7:14

В ЮФУ ученые установили причину аномального пьезоэлектрического эффекта в нанотрубках

Результаты исследования открывают широкие перспективы
КРУГЛОВА Оксана
Доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники ИНЭП ЮФУ Марина Ильина. Фото предоставлено пресс-службой ЮФУ.

Доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники ИНЭП ЮФУ Марина Ильина. Фото предоставлено пресс-службой ЮФУ.

Одна из ключевых задач современной науки - поиск альтернативных источников энергии, которые могут обеспечить автономную работу сенсоров, нанороботов, а также носимой и имплантируемой электроники. Наиболее привлекательным направлением в этой области на данный момент является разработка устройств, способных к эффективному сбору и преобразованию энергии окружающей среды и тела человека, выступающих в качестве постоянных поставщиков энергии в виде механических вибраций и деформаций окружающей среды.

Ученые ЮФУ вносят свой вклад в достижение этой важной задачи.

Так, результаты исследования ученых Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета открывают широкие перспективы применения углеродных нанотрубок, а также дают возможность создания энергоэффективных наногенераторов, способных преобразовывать наноразмерные деформации в электрическую энергию для различной носимой и портативной электроники.

По оценке специалистов, плотность генерируемой энергии таких устройств не ограничена объемом самого устройства, как это наблюдается для традиционного устройства хранения энергии, например, микробатарей и суперконденсаторов. Напротив, переход к наноразмерным структурам позволяет эффективно преобразовывать даже наноразмерные деформации и вибрации в электрическую энергию благодаря эффектам пьезоэлектричества.

- За последние 15 лет достигнут значительный прогресс в разработке наногенераторов, однако поиск подходящих материалов, способных эффективно преобразовывать механическую энергию в электрическую и обладающих при этом высокими прочностными и упругими свойствами остается актуальной задачей на сегодняшний день, – рассказала доцент кафедры нанотехнологий и микросистемной техники ИНЭП ЮФУ Марина Ильина.

Работая над исследованием под руководством Марины Ильиной ученые установили причину аномального пьезоэлектрического эффекта в углеродных нанотрубках (УНТ), которые в классическом представлении не обладают пьезоэлектрическими свойствами ввиду их центросимметричной структуры.

Допированые азотом углеродные нанотрубки проявляют аномальные пьезоэлектрические свойства. Фото предоставлено пресс-службой ЮФУ.

Допированые азотом углеродные нанотрубки проявляют аномальные пьезоэлектрические свойства. Фото предоставлено пресс-службой ЮФУ.

В ходе работы специалисты ИНЭП ЮФУ впервые установили, что допированые азотом углеродные нанотрубки проявляют аномальные пьезоэлектрические свойства, то есть на их поверхности возникают электрические заряды под действием внешних деформаций, что может быть использовано при разработке энергоэффективных наногенераторов.

Также был установлен механизм возникновения пьезоэлектрического эффекта в углеродных нанотрубках, связанный с формированием дефектов пиррольного типа и бамбукообразных «перемычек» в полости нанотрубки.

Полученные результаты исследования позволяют по-новому взглянуть на применение УНТ для разработки энергоэффективных пьезоэлектрических наногенераторов и таких устройств наносистемной техники, как сенсоров деформации, нанопереключателей и элементов памяти.

- Данные устройства могут стать источниками энергии для работы современных электронных устройств (телефонов, часов, ноутбуков и т.д.). Кроме того, есть вероятность, что такие источники энергии заинтересуют ведущих производителей портативной и носимой электроники, - сказала Марина Ильина.