Новый материал преобразует движение в электричество без использования токсичного свинца
Учёные из Великобритании создали нетоксичный «пьезоэлектрический» материал нового поколения, который, по их словам, может «изменить наше общество».
Пьезоэлектрические материалы генерируют электричество в ответ на механическое воздействие, например сжатие или изгиб. Они также деформируются в ответ на воздействие электрического поля.
«Почти каждое устройство, которым мы пользуемся в повседневной жизни, содержит пьезоэлектрики», — говорит Бенджамин Галлант из Бирмингемского университета.
Сферы применения варьируются от прецизионных приводов в таких устройствах, как автофокус в камерах и насосы в струйных принтерах, до датчиков сбора энергии в носимых устройствах, таких как фитнес-трекеры.
Но существующие высокоэффективные пьезоэлектрические материалы, такие как керамика из цирконата-титаната свинца (ЦТС), могут содержать более 60 % свинца по массе. Кроме того, их необходимо производить при температуре до 1000 °C.
Новый материал — (TMIM)3Bi2I9 — нетоксичен и может производиться при комнатной температуре, что открывает новые возможности для создания недорогих и малотоксичных пьезоэлектриков.
«Это открытие, по своим характеристикам сравнимое с коммерческими пьезоэлектриками, но изготовленное из нетоксичного висмута, открывает новые пути к созданию экологически безопасных технологий, которые могут использоваться в датчиках, медицинских имплантатах и гибкой электронике будущего», — говорит Доминик Кубицки, также из Бирмингемского университета.
Исключительные пьезоэлектрические свойства материала обусловлены взаимодействием между его положительно заряженным органическим компонентом — триметил(йодметил)аммонием (TMIM) — и отрицательно заряженным неорганическим каркасом из йодида висмута.
«Точно настроив взаимодействие между органическими и неорганическими компонентами, мы смогли создать тонкую структурную нестабильность, которая нарушает симметрию нужным образом», — говорит Эстер Хунг из Оксфордского университета.
«Именно это взаимодействие порядка и беспорядка придаёт материалу исключительные пьезоэлектрические свойства. Это другой подход к пьезоэлектричеству, нежели в традиционных материалах, таких как цирконат-титанат свинца, и именно это привело к таким значительным улучшениям».
Мировой спрос на пьезоэлектрические материалы в электронике продолжает расти. Новые открытия могут также способствовать повышению пьезоэлектрических характеристик других материалов, в которых сочетаются органические и неорганические элементы.
«Мне, начинающему исследователю, очень приятно участвовать в исследовании, способном изменить наше общество», — говорит Галлант.
Результаты представлены в журнале Американского химического общества.
Больше на COSMOFACT
Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.
