Физики научились управлять силой и стабильностью магнитоэлектрического эффекта
Ученые из БФУ им. И. Канта вместе с коллегами из МГУ имени М.В. Ломоносова, Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН и Самаркандского государственного университета выяснили: электрический отклик гибкого материала можно усилить и сделать стабильным, если заранее задать расположение магнитных частиц внутри полимерного слоя.
В чем суть?
Магнитоэлектрические материалы преобразуют магнитное воздействие в электрический сигнал. Но большинство таких систем создается на жестких компонентах, например, керамике. Гибкие полимеры удобны для носимой электроники, однако их свойства нестабильны из-за подвижности магнитных частиц внутри эластичной матрицы.
Исследователи изучили двухслойный композит: пленку пьезоэлектрического полимера и магнитоактивный эластомер с микрочастицами железа. Первый слой превращает деформацию в электрический сигнал, второй — позволяет управлять деформацией с помощью внешнего магнитного поля.
Что сделали ученые?
Обычно магнитные частицы в полимере распределены хаотично. Во время изготовления материала ученые воздействовали на него магнитным полем, и частицы железа выстраивались в направленные параллельные цепочки. После затвердевания полимера эта структура сохранялась.
Результат
Под действием переменного магнитного поля цепочки вызывают значительно более выраженную и направленную деформацию. Она передается пьезоэлектрическому слою, и возникает более сильный электрический сигнал. При этом, в отличие от композитов с хаотичным распределением частиц, материал с цепочечной структурой сохраняет стабильный отклик даже при изменении упругости полимерной основы.
Почему это важно?
Такой подход позволяет настраивать свойства материала не только через состав, но и через внутреннюю архитектуру. Это особенно ценно для гибкой электроники, где материал должен оставаться мягким, деформируемым и при этом давать воспроизводимый сигнал.
Полученные результаты открывают путь к созданию:
гибких сенсоров;
автономных источников энергии;
биосовместимых электронных устройств;
систем энергосбора, преобразующих рассеянные механические и электромагнитные колебания среды в электричество;
«умных» пластырей и биомедицинских платформ.
Следующий этап работы коллектива — переход от фундаментальных механизмов к инженерным устройствам и оптимизация гибких структур для практических применений.