Учёные НИУ «БелГУ» изобрели новый способ создания ориентированных структур с применением сегнетоэлектрического порошка

Ориентированные структуры из сегнетоэлектрических частиц могут использоваться в электрооптических затворах, подложках для оптической микроскопии, электростимуляционных устройствах для роста биологических объектов и других приборах регистрации и управления электромагнитным излучением. Сегнетоэлектрические материалы – это диэлектрики, обладающие спонтанной поляризацией, что позволяет менять свойства таких материалов при помощи электричества в определенном интервале температуры и давления. Плёнки, слои и другие структуры из сегнетоэлектрических материалов востребованы в различных отраслях науки и техники, в то же время применение отдельных частиц или групп частиц с такими свойствами довольно затруднено из-за их электризуемости и склонности к агломерации.

Учёные Международной научно-образовательной лаборатории радиационной физики НИУ «БелГУ» под руководством старшего научного сотрудника, кандидата физико-математических наук Андрея Олейника разработали эффективный и сравнительно простой способ создания ориентированных структур на основе сегнетоэлектрического порошка, например, ниобата лития (LiNbO3). Испытания показали, что этот способ обеспечивает наибольшую эффективность при создании ориентированных структур. Учёным удалось определить оптимальный набор параметров воздействия на группу частиц, включающий использование внешнего электрического поля, ультразвуковых колебании, а также небольших изменении температуры (около десятка градусов). Изобретение позволяет электрическим полем и температурным воздействием упорядочивать частицы, придавая им определенную пространственную направленность, а затем удерживать их положение при помощи фиксирующего полимерного состава. По словам руководителя проекта, главным новшеством предлагаемого способа является подбор комбинации внешних воздействии на группу частиц, которые позволяют получить результат без изготовления суспензии порошка.

Отсутствие ряда связанных с этим этапов, одним из которых является высокотемпературная прокалка электродов и получаемая на них структура, позволяет создавать ориентированные структуры из исходного порошка за значительно более короткий промежуток времени. Запатентованный способ также предполагает активное использование пироэлектрических свойств материала порошка.

– Предлагаемый нами способ позволяет получать ориентированные структуры, которые прежде всего могут использоваться для электрической стимуляции роста биологических объектов (например, мезенхимных стволовых клеток) вместе с коллегами-биологами. На плёнки или подложки высаживаются колонии клеток. От плёнки они подвергаются небольшому воздействию электричества и потому растут быстрее, – рассказал Андрей Николаевич о высоком потенциале использования запатентованного учёными нового способа.

Кроме того, по словам учёного, подобные ориентированные структуры могут использоваться в качестве альтернативного и дешевого способа применения сегнетоэлектрических свойств в различных устройствах детектирования, например, в температурных датчиках сложной формы, в устройствах управления электромагнитным излучением, при изготовлении электронных микросхем и другой техники.

Исследования были выполнены в рамках государственного задания (проект № FZWG-2020-0032 (2019-1569).