Российские ученые из ОИЯИ и УрФУ в сотрудничестве с коллегами из Казахстана и Азербайджана создали образцы крошечных конденсаторов с огромной емкостью на базе диоксида циркония. Наноионные конденсаторы работают при сверхнизком напряжении, на новых физических принципах и подходят для сверхэкономичной электроники и микросистем. Но главное преимущество новых систем — биосовместимость, высокая технологичность и относительно низкая стоимость изделий, поясняют ученые. Описание разработки исследователи опубликовали в Advanced Journal of Chemistry.
Наноионные конденсаторы на основе оксидных нанопорошков обладают высокой удельной емкостью, то есть позволяют получить максимально возможную емкость при минимальных габаритах и весе, добавляют ученые. Над созданием таких конденсаторов и улучшением их свойств работают технологи во всем мире, которые решают задачу повышения удельной емкости и снижения размеров фильтрующих конденсаторов. Эти характеристики необходимы для устойчивой работы современной электроники и микросистемной техники, предполагающих снижение рабочих напряжений и повышение операционных частот на фоне увеличивающихся уровней электромагнитных помех.
Российские ученые разработали новую концепцию, с помощью которой удалось решить проблему туннельного пробоя. В качестве основы новых устройств они использовали родственное физическое явление — туннельный эффект локализации электронов вблизи заряженной поверхности ионного диэлектрика.
Фактически ученые «перевернули» обычный суперконденсатор, в котором электрод делают из углерода, хорошо проводящего ток. Углерод заменили на диэлектрик — материал, который обычно ток не пропускает. Но в новой конструкции диэлектрик начал проводить ток за счет квантового эффекта: когда к нему притягиваются ионы электролита и при смене напряжения внешним полем.
В итоге получили нанопорошок с особой структурой. За счет того, что поверхность частиц гораздо больше, чем у обычного твердого тела, порошок получился крайне чувствительный — может «почувствовать» даже отдельные молекулы, поэтому его также можно рассматривать не только в качестве материала для накопителя энергии, но и в качестве материала для датчиков, добавляют исследователи.
Наноматериалы на основе диоксида циркония обладают признаками smart-материалов и «сложных» физических систем, добавляют физики. Они крайне перспективны для дальнейших исследований и разработки практических приложений электроники, сенсорики и энергетики.
Несмотря на то, что на сегодня созданы только лабораторные образцы, ученые полагают, что работу также можно развивать в направлении бионаноинженерии (из-за биосовместимости наночастиц) и в сфере радиационных и критических технологий. Для этого они будут искать партнеров и дополнительное финансирование.
Источник: Пресс-служба УрФУ