Сотрудниками кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков получен грант Российского научного фонда на разработку и исследование пьезоэлектрических изгибных преобразователей на основе бидоменных кристаллов ниобата лития для высокотемпературных датчиков и актюаторов
Пьезоэлектрические устройства, способные преобразовывать механическую энергию в электрическую, окружают нас повсюду — от обычных зажигалок до акселерометров в смартфонах и генераторов тактовой частоты в компьютерах. Однако большинство из них способны работать только при комнатной температуре. Что же делать, если нам нужно заставить их функционировать при высоких температурах, например, внутри двигателя автомобиля или электростанции? Решению этой задачи посвящен новый проект под руководством к.ф.-м.н., с. н. с. лаборатории ФОС и доцента кафедры МПиД Ильи Кубасова.
Ключевым материалом, исследуемым в проекте, является сегнетоэлектрик ниобат лития (LiNbO3). Этот материал способен проявлять пьезоэлектрические свойства даже при температурах порядка 1000 ℃, при этом в нем сочетаются температурная и химическая стабильность одновременно с высокой эффективностью преобразования механической деформации в электрический сигнал и обратно. Поэтому ниобат лития — настоящий рекордсмен среди неорганических материалов, пригодных для создания пьезоэлектрических сенсоров и актюаторов.
Главной проблемой на пути создания высокотемпературных пьезоэлектрических устройств является рост электропроводности материала при нагреве. Из-за этого явления, присущего не только ниобату лития, но и в целом полупроводниковым и диэлектрическим материалом, кристалл с ростом температуры постепенно превращается из изолятора в проводник электрического тока, и эффективность прибора резко падает.
Исследование, проводимое на кафедре, направлено на установление границ применимости ниобата лития в высокотемпературных устройствах и поиск методов расширения этих границ. В проекте будут тестироваться образцы различных форм и размеров, чтобы определить, какие из них способны выдерживать высокие температуры, а какие нет. Необходимо будет не только заставить кристаллы «работать» при высоких температурах, но и в целом улучшить их чувствительность к вибрациям (в датчиках) и повысить максимально доступные перемещения (в актюаторах). Работа при этом не ограничится созданием устройств, способных выдерживать экстремальные условия, она будет иметь и большое фундаментальное значение. Понимая, как ведут себя пьезоэлектрически кристаллы при высоких температурах, мы поможем инженерам создавать лучшие сенсоры, актюаторы и генераторы энергии, а также внесём вклад науку о сегнетоэлектрических материалах.
Исследование выполняется за счет гранта Российского научного фонда № 24-19-00876, подробная информация о проекте доступна на сайте РНФ по ссылке https://rscf.ru/project/24-19-00876/
