1767630664
2026-01-05 16:21:00
Британские исследователи разработали бессвинцовый материал с многообещающими пьезоэлектрическими свойствами (Дж. Ам. хим. Соц. 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c15484). Пьезоэлектрики превращают давление в электрические искры, как кремень в зажигалке, но обычно они основаны на сложных в изготовлении и токсичных керамических компонентах. Новый материал на основе йодида висмута доказал рекордные пьезоэлектрические характеристики и расширяет возможности недорогих и устойчивых решений для датчиков, носимых устройств и печатной электроники.
В этом случае компоненты создают искусственную асимметрию в структуре материала, вызывающую искажение и разделение электростатических зарядов. Это разделение, также обычно называемое поляризацией, создает условия, необходимые для того, чтобы материал реагировал на давление и вызывал пьезоэлектрический эффект. Новый материал демонстрирует самый высокий пьезоэлектрический коэффициент, когда-либо зарегистрированный для этого типа соединения, создавая сильный электрический отклик в зависимости от приложенного давления. Структура, подобная перовскиту, состоит из органического катиона и неорганического йодовисмутата, аниона, содержащего йод и висмут.
Под давлением пьезоэлектрики генерируют электрический ток. Этот эффект используется в различных приложениях: от кремней в зажигалках до чувствительных датчиков в лабораториях.
Фото: Тизефф/Викимедиа, CC BY-SA 3.0.
В вычислительном расчете органический катион с добавленной асимметрией продемонстрировал поляризацию в шесть раз сильнее, чем у симметричной структуры. Эффект еще сильнее в случае неорганического аниона, который «вводит межмолекулярные взаимодействия, намеренно вызывая наклон, искажение и увеличивая асимметрию», — объясняет Йована В. Милич, специалист по интеллектуальным материалам из Университета Турку, которая не участвовала в новой работе. В целом, изменения в ударной поляризации катионов и анионов до 10 раз сильнее, чем в симметричных структурах, и этот результат подтверждается экспериментальными измерениями пьезоэлектрических свойств. «Эта усиленная поляризация имеет решающее значение для пьезоэлектрического отклика», — добавляет Милич.
Помимо того, что в материале отсутствуют компоненты на основе свинца, стратегия синтеза этого нового материала также является более устойчивой. «В отличие от керамических пьезоэлектрических материалов, обработка которых обычно требует сотен часов и высокотемпературных процессов под высоким давлением, [our] Материал синтезируется в виде монокристаллов менее чем за час и при температуре ниже 100 °C», — говорит Хунг. А механохимические методы делают подготовку больших партий этого пьезоэлектрика привлекательным для легкого масштабирования. [processing]и механосинтез, то есть материал [could be] реализовано инженерами», — добавляет Хунг.
«Конкурентоспособные характеристики этого бессвинцового материала… открывают путь к более экологичным пьезоэлектрикам», — объясняет Милич. Керамические структуры обычных пьезоэлектриков обычно несовместимы с новыми приложениями в печатной электронике, которые требуют гибкости и дешевизны производства. Поскольку новый пьезоэлектрик более устойчив, нетоксичен и по своим характеристикам сравним с коммерческими неорганическими пьезоэлектриками, он лучше подходит для интеллектуальной электроники. Переработка пьезоэлектриков в растворы и тонкие пленки облегчает изготовление интеллектуальных устройств с использованием систем, уже имеющихся на заводах по производству полупроводников. Бессвинцовые пьезоэлектрики могут преодолеть строгие международные правила, ограничивающие использование опасных химических веществ, а также могут стать «особенно актуальными для новых технологий, таких как носимые устройства, датчики и гибкая электроника с автономным питанием», — говорит Милич.
Новости химии и техники ISSN 0009-2347 Авторские права © Американское химическое общество, 2026 г.
#Бессвинцовый #материал #доказывает #пьезоэлектрический #потенциал
Читайте также
