Речь идет о пьезоэлектриках — материалах, которые превращают механическое давление в электричество. Без них не обходится ни один смартфон: они отфильтровывают помехи в сигнале антенны. В автомобилях они отвечают за срабатывание подушек безопасности и контроль давления в шинах.

Команда под руководством профессора Зетиана Ми улучшила пьезоэлектрические свойства нитрида алюминия-скандия — перспективного материала для микроэлектроники. Оказалось, достаточно просто нагреть его до 700 градусов в специальной камере в течение двух часов. После такой обработки материал стал в восемь раз эффективнее преобразовывать механические колебания в электричество.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Почему это важно? Чувствительные пьезоэлектрики могут:

• Улучшить медицинские УЗИ-аппараты и датчики давления.
• Сделать дорожные сенсоры настолько чувствительными, что они смогут питаться от вибрации проезжающих грузовиков.

Секрет в том, что нагрев выравнивает микроскопические кристаллы в материале. Когда пленку только создают, кристаллы расположены хаотично, и часть из них просто не работает. Термическая обработка заставляет их выстроиться правильно — отсюда и рост эффективности.

Следующий шаг — проверить, можно ли добиться еще лучших результатов, если использовать более совершенные методы выращивания кристаллов. Но уже сейчас ясно: технология почти не отличается от стандартного производства, а значит, промышленность сможет легко внедрить ее без лишних затрат.

Это исследование — не просто лабораторный эксперимент. Оно:

• Снижает стоимость технологий — улучшение свойств материала без кардинального изменения процесса производства означает, что производителям не придется перестраивать фабрики.
• Расширяет возможности сенсоров — более чувствительные датчики могут применяться в умных городах, медицине, авиации.
• Повышает энергоэффективность — например, дорожная инфраструктура сможет частично питаться от вибрации транспорта.

Хотя результаты впечатляют, остается вопрос: как поведет себя материал при длительной эксплуатации? Нагрев до 700 градусов может повлиять на долговечность, особенно в устройствах, работающих в экстремальных условиях (например, в космосе или двигателях). Нужны дополнительные испытания.

Ранее ученые сообщили о разработке пьезоэлектрического графена.