Так как многие страны вводят законодательные ограничения на использование свинца в электронике, разработка сотрудников Уральского федерального университета (УрФУ) и их коллег из Сианьского транспортного университета (Xi’an Jiaotong university) поможет заменить содержащие свинец керамические материалы.
«Сегодня в ряде стран введен запрет на использование свинца в электронных компонентах. Эти ограничения стимулируют исследователей во всем мире, в том числе и в России, разрабатывать керамические материалы, не содержащие свинец. Нашему международному научному коллективу удалось создать такую электрострикционную керамику. Важно отметить, что значение электрострикционного коэффициента полученной керамики в три раза больше, чем у существующих аналогов, содержащих свинец. Кроме того, размеры нашей керамики воспроизводимо и быстро изменяются в электрическом поле», — рассказал руководитель проекта, директор УЦКП «Современные нанотехнологии» УрФУ Владимир Шур.
Электрострикционная керамика изменяет размеры под действием электрического поля. Одним из важных направлений, в котором может использоваться такой материал, стала адаптивная оптика. В астрономии ее применяют для исправления в реальном времени атмосферных искажений изображения, которое дает телескоп. При наблюдении за небесными телами качество изображения снижается в основном за счет изменения плотности воздуха. Искажения можно эффективно устранять, изменяя форму поверхности оптических элементов телескопа. Новая керамика позволит делать это с максимальной точностью и быстротой, уверены ученые.
«Наша электрострикционная керамика может быть очень полезна для создания наземных телескопов. Кроме того, возможность контролируемо, обратимо и с высокой скоростью производить перемещения с точностью до нанометра будет востребована для дальнейшего развития нанотехнологий», — отметил Владимир Шур.
Также новая керамика очень быстро, точно и обратимо изменяет размеры под действием приложенного электрического поля.
«Низкое значение гистерезиса означает, что система обратимо реагирует на изменение входных параметров. Полученное нами сверхнизкое значение гистерезиса менее 0,8 % означает, что керамика позволяет обеспечить быструю и воспроизводимую реакцию на изменения приложенного поля», — объяснил Владимир Шур.
Такая керамика содержит барий, кальций, титан и олово. Эти металлы куда меньше опасны для окружающей среды, чем современная электрострикционная керамика, которая состоит из оксидов свинца, магния и ниобия.
«Технология изготовления нашей керамики разработана китайскими коллегами, обладающими многолетним опытом в синтезе сегнетоэлектрических керамик. Коллектив российских ученых проводил исследования неоднородности состава и доменной структуры керамик с нанометровым разрешением. Мы уверены, что дальнейшие совместные исследования помогут создать электрострикционный материал, который сможет заменить опасную для окружающей среды керамику для создания современных электронных устройств, а также будет востребована астрономами», — резюмировал Владимир Шур.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
