Новые закономерности роста углеродных нанотрубок, позволяющие управлять значением пьезоэлектрического коэффициента выбором материала подслоя, выявили ученые Южного федерального университета (ЮФУ), сообщает 30 августа пресс-служба вуза.

Под руководством доцента ЮФУ Марины Ильиной, которая является экспертом научно-технического совета Ассоциации разработчиков, производителей и потребителей материалов на основе углерода Российской Федерации, в Институте нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ ведется разработка энергонезависимых элементов памяти, автономных источников питания и сенсоров на основе углеродных нанотрубок (УНТ).

Последние исследования ученых посвящены изучению аномальных пьезоэлектрических свойств углеродных нанотрубок. Марина Ильина поясняет:

«Пьезоэлектрические свойства УНТ открывают широкие перспективы их использования для разработки автономных сенсоров деформации и энергоэффективных наногенераторов, способных преобразовывать наноразмерные деформации в электрическую энергию, достаточную для питания устройств носимой электроники».

Ранее исследователи установили, что углеродные нанотрубки, легированные азотом (N-УНТ), проявляют аномальные пьезоэлектрические свойства, а это, в свою очередь, открывает широкие перспективы для их использования в области нанопьезотроники.

В проведенном новом исследовании ученые определили, что концентрация азота и тип дефектов, образующихся в нанотрубке, существенно зависит от материала подслоя (титан, нитрид титана, молибден, хром), который таким образом оказывает решающее влияние на величину коэффициента пьезоэлектрической деформации N-УНТ.

Результаты проведенных экспериментов показали, что максимальный коэффициент пьезоэлектрической деформации наблюдается для УНТ, выращенных на подслое молибдена. В этом случае величина коэффициента пьезоэлектрической деформации N-УНТ увеличивается с 5,6 до 21,5 пм/В, что вызвано ростом концентрации азота от 10 до 39%.

Увеличение коэффициента пьезоэлектрической деформации N-УНТ, в свою очередь, приводит к увеличению генерируемого тока с 12 до 138 нА.

«Результаты исследования, с одной стороны, представляют собой новые фундаментальные знания о зависимости пьезоэлектрических свойств углеродных нанотрубок от концентрации и типа дефектов, образующихся в результате внедрения атомов азота в их структуру. С другой стороны, имеют прикладной характер, в виде технологий создания пьезоэлектрического наногенератора на основе углеродных нанотрубок, позволяющего преобразовывать механическую энергию внешней окружающей среды и движений тела человека в электрическую» — отметила руководитель проекта.

Ильина также отметила, что разрабатываемые ими технологии «совместимы с традиционной кремниевой технологией, что позволяет встроить их в производственный процесс существующей компонентной базы микро- и наноэлектроники».

Результаты работы исследователи представили в статье «Материал подслоя как критический фактор пьезоэлектрического отклика в легированных азотом углеродных нанотрубках», опубликованной в журнале Diamond and Related Materials.