В ЮФУ установили новые закономерности роста углеродных нанотрубок, позволяющие управлять значением пьезоэлектрического коэффициента путем выбора материала подслоя.
СЭМ-изображения экспериментальных образцов N-УНТ: а) подслой Ti; б) подслой TiN; в) подслой Mo; г) подслой Cr / ©Пресс-служба ЮФУ
Считается, что углеродные наноматериалы — нанотрубки и графен, благодаря своим уникальным электрическим и механическим свойствам, являются одними из самых перспективных материалов для создания принципиально новой компонентной базы электроники. Так, на их основе разрабатывают транзисторы, проводники и межсоединения интегральных схем, сенсоры и полевые эмиттеры.
Доцент института нанотехнологий, электроники и приборостроения (ИНЭП) ЮФУ, кандидат технических наук Марина Ильина является экспертом научно-технического совета Ассоциации разработчиков, производителей и потребителей материалов на основе углерода России. В рамках своей деятельности ученая разрабатывает энергонезависимые элементы памяти, автономные источники питания и сенсоры на основе углеродных нанотрубок (УНТ).
В своем последнем исследовании Мариной Ильиной вместе с коллегами продолжила серию работ, посвященных изучению аномальных пьезоэлектрических свойств углеродных нанотрубок. «Пьезоэлектрические свойства УНТ открывают широкие перспективы их использования для разработки автономных сенсоров деформации и энергоэффективных наногенераторов, способных преобразовывать наноразмерные деформации в электрическую энергию, достаточную для питания устройств носимой электроники. Ранее нами было установлено, что проявление пьезоэлектрических свойств в УНТ связано с их легированием атомами азота в процессе роста», — рассказала Марина Ильина.
Исследование направлено на разработку новых источников энергии, способных обеспечить работу портативных устройств. Ученые изучили влияние материала проводящего подслоя, на котором выращиваются УНТ, на их пьезоэлектрические свойства. Установлено, что материал подслоя существенно влияет на концентрацию азота и тип дефектов, образующихся в нанотрубке. От чего, в свою очередь, зависит величина пьезоэлектрического коэффициента, с увеличением которого более чем в четыре раза возрастает значение генерируемого тока, а также мощность и выходные значения наногенератора.
«Результаты исследования, с одной стороны, представляют собой новые фундаментальные знания о зависимости пьезоэлектрических свойств углеродных нанотрубок от концентрации и типа дефектов, образующихся в результате внедрения атомов азота в их структуру. С другой стороны, имеют прикладной характер, в виде технологий создания пьезоэлектрического наногенератора на основе углеродных нанотрубок, позволяющего преобразовывать механическую энергию внешней окружающей среды и движений тела человека в электрическую.
Разрабатываемые технологии совместимы с традиционной кремниевой технологией, что позволит встроить их в производственный процесс существующей компонентной базы микро- и наноэлектроники», — отметила Марина Ильина. Результаты проекта ученых опубликованы в журнале Diamond and Related Materials.
