Một phòng thí nghiệm của Viện Kỹ thuật Điện tử Moskva (MIET). Ảnh: eng.miet.ru
Các chuyên gia Đại học tổng hợp Nghiên cứu Quốc gia “Viện Kỹ thuật Điện tử Moskva” (MIET) trong thành phần một nhóm nghiên cứu quốc tế đã tạo ra một loại vật liệu mới dành cho thiết bị điện tử hiện đại. Theo các nhà khoa học, vật liệu mới có độ nhạy cao trước tác động bên ngoài, giúp tạo ra các cảm biến từ trường chính xác hơn dành cho ôtô và tụ điện mạnh hơn cho ắc-quy di động. Kết quả của phát minh này đã được công bố trên tạp chí Ceramics International.
Khả năng dẫn điện của vật liệu được xác định không chỉ bởi thành phần hóa học mà cả sự sắp xếp các hạt trong cấu trúc. Theo các chuyên gia MIET, một số vật liệu khi chịu tác động bên ngoài sẽ trở nên “có trật tự” và thay đổi khả năng dẫn điện hoặc tích điện. Những vật liệu như vậy, được gọi là “gốm điện”, không chỉ được sử dụng trong các thiết bị khoa học mà cả trong các cảm biến của ôtô và máy bay cũng như trong các thiết bị tích điện (sạc dự phòng).
Nhờ sử dụng gốm điện, sạc dự phòng sẽ “nhận ra” khi nào cần giải phóng và khi nào cần tích điện, các nhà khoa học giải thích. Cũng theo họ, các tụ điện hiện đại chủ yếu làm bằng gốm nên dễ vỡ. Ngoài ra, độ dẫn điện cao và độ phân cực thấp của chúng làm giảm khả năng trữ điện theo thời gian. Ví dụ, điều này gắn với tình trạng hao mòn, “chai” pin trong điện thoại thông minh.
Nhóm các nhà nghiên cứu của MIET cùng các đồng nghiệp Belarus, Trung Quốc, Pakistan và Việt Nam đã phát minh ra loại vật liệu mới, do cấu trúc “ghép” của chúng nên đảm bảo điện dung lớn và độ bền cao của tụ điện.
“Cấu trúc của loại vật liệu mới là sự cùng tồn tại của hai hoặc nhiều pha (mảng) với các loại tương tác điện khác nhau giữa các ion – gọi là relaxor. Sự cùng tồn tại của một số ‘mảng’ như vậy sẽ thúc đẩy tạo ra trạng thái cấu trúc trung gian, giúp vật liệu có độ nhạy cao với trường điện từ, nhiệt độ và áp suất cơ học bên ngoài. Điều này cho phép sử dụng vật liệu trong các thiết bị điện tử khác nhau”, ông Dmitry Karpinsky, một trong những tác giả của công trình, nhà nghiên cứu cấp cao tại Viện Vật liệu và Công nghệ Tương lai (PMT) thuộc MIET cho biết.
Ông Karpinsky cho biết thêm trong quá trình tổng hợp các vật liệu như vậy, đã sử dụng nhiều chất phụ gia hóa học khác nhau, giúp kiểm soát trạng thái cấu trúc của chúng, dạng trật tự điện, nghĩa là cả các đặc tính chức năng của vật liệu đó.Ông Karpinsky cho biết thêm: “Chúng tôi đã phát triển dòng vật liệu dựa trên cơ sở các hợp chất bismuth, samari, sắt và titan với oxy. Là những nguyên tố nhạy, chúng có thể hoạt động bình thường ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao, ưu điểm nổi bật của chúng so với các sản phẩm thương mại tương tự”.
Theo ông Karpinsky, việc sử dụng vật liệu mới sẽ giúp tạo ra các tụ điện dung tích lớn, cảm biến áp suất, gia tốc và bức xạ điện từ cao, có độ nhạy cao trong phạm vi nhiệt độ rộng. Dự kiến việc sử dụng các vật liệu như vậy trong những thiết bị điện khác nhau sẽ cải thiện đáng kể các đặc tính của chúng, ví dụ, chúng giúp tạo ra các cảm biến vị trí và gia tốc nhạy cho điện thoại thông minh và ôtô hiện đại.
Trong tương lai, các nhà khoa học MIET dự kiến sẽ phát triển công nghệ tổng hợp vật liệu gốm điện ở dạng cấu trúc màng mỏng bằng phương pháp phun hiện đại trên nền dẻo. Công trình nghiên cứu này được Quỹ Khoa học Nga và chương trình "Ưu tiên 2030" tài trợ.