Команда зеленоградских ученых исследует новые экологичные материалы для создания магнитоэлектрических сенсоров

В МИЭТе продолжают рассказывать о деятельности научных коллективов университета, ставших победителями конкурса «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» Российского научного фонда. Команда под руководством к.ф.-м.н., старшего научного сотрудника Института перспективных материалов и технологий (ПМТ) Д.В. Карпинского начала работу над выявлением взаимосвязей кристаллической структуры и функциональных свойств твердых растворов манганита висмута. Предполагается, что результатом исследования станет возможность использования указанных материалов для создания сенсоров внешних воздействий, а также в качестве магнитострикционных и пьезоэлектрических элементов.

Актуальность проекта

Одной из важных задач современного материаловедения является поиск новых экологичных функциональных материалов для использования в различных электротехнических приборах – датчиках, сенсорах и т.п. Наиболее перспективными материалами для таких целей представляются так называются мультиферроки – материалы, которые одновременно обладают магнитным и электрическим упорядочением, благодаря чему их электрическими свойствами можно управлять с помощью магнитного воздействия и наоборот

Главной целью нового проекта миэтовских ученых является поиск недорогого и удобного в массовом производстве материала, обладающего магнитоэлектрическим взаимодействием, поляризацией, намагниченностью и при этом соответствующего экологическим нормам (т.к. во многих используемых в настоящее время материалах содержится свинец, что оказывает негативное влияние на экологию). «Мы работаем с мультиферроиками на основе сложных оксидов переходных металлов с различными допантами, – поясняет исполнитель проекта, старший научный сотрудник Института ПМТ, к.ф.-м.н. Вадим Сиколенко. – Это искусственно созданные материалы (в основном в виде объемных керамических составов), полученные при высокой температуре из смеси соответствующих оксидов или нитратов (возможность управления свойствами таких материалов реализуется за счет различных схем химического замещения базовых соединений – манганита висмута и феррита висмута)».

Сферы применения

Благодаря исследуемым материалам уже создаются магнитные сенсоры, емкостные электромагниты, элементы магнитной памяти, СВЧ фильтры и другие устройства. Также на основе сложных оксидов переходных металлов разрабатываются датчики постоянного и переменного полей, в зависимости от конфигурации магнитного поля подбирается оптимальная геометрия датчика. «Исследования материалов на основе манганита висмута позволят определить, как влияет тип структурных искажений, структурные параметры и схемы химического замещения, а также внешние факторы на характер химической связи и тип обменных взаимодействий формируемых между ионами переходных металлов, – говорит исполнитель проекта, старший научный сотрудник Института ПМТ, к.т.н. Максим Силибин. Эти параметры определяют сегнетоэлектрические, магнитные и транспортные свойства, а также величину магнитоэлектрического взаимодействия в твердых растворах BiMnO3. Таким образом, материалы, синтезом которых мы занимаемся, можно будет использовать для создания сенсоров внешних воздействий, а также в качестве магнитострикционных и пьезоэлектрических элементов».

Разработка в интересах экологии

Исследуемые материалы являются более экологичными по сравнению с имеющимися аналогами, а использование различных схем химического замещения позволяет контролируемо изменять физико-химические свойства таких материалов. Это помогает создавать материалы с заданными параметрами, необходимыми для конкретного устройства.

В настоящее время ученые имеют немного сведений о структуре и свойствах материалов на основе манганита висмута, и это связано со сложностями синтеза однофазных и химически однородных составов. Исполнители проекта имеют большой опыт и все необходимое оборудование для синтеза исследуемых составов с использованием инновационных методик, основанных на технике синтеза под высоким давлением.

Проект «Исследование взаимосвязи кристаллической структуры и функциональных свойств твердых растворов манганита висмута» будет реализован в рамках программы РНФ №21-19-00386 и планируется к завершению в 2023 году.