Учёные ЮФУ приблизились к разработке новой «углеродной» электроники

Доцент Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета Марина Ильина вместе с коллегами установила новые закономерности роста углеродных нанотрубок, позволяющие управлять значением пьезоэлектрического коэффициента путём выбора материала подслоя.

В рамках своей работы учёная Южного федерального университета занимается исследованием и разработкой новых устройств наноэлектроники на основе углеродных нанотрубок.Считается, что углеродные наноматериалы – нанотрубки и графен, благодаря своим уникальным электрическим и механическим свойствам, являются одними из самых перспективных материалов для создания принципиально новой компонентной базы электроники. Так, на их основе разрабатывают транзисторы, проводники и межсоединения интегральных схем, сенсоры и полевые эмиттеры.

Доцент института нанотехнологий, электроники и приборостроения (ИНЭП) ЮФУ, кандидат технических наук Марина Ильина является экспертом научно-технического совета Ассоциации разработчиков, производителей и потребителей материалов на основе углерода Российской Федерации. В рамках своей деятельности ученая разрабатывает энергонезависимые элементы памяти, автономные источники питания и сенсоры на основе углеродных нанотрубок (УНТ).

В своём последнем исследовании Мариной Ильиной вместе с к.н.т., в.н.с. Олегом Ильиным, к.ф.-м.н., с.н.с. Сосланом Хубежовым и магистранткой Ольгой Соболевой была продолжена серия работ, посвящённых изучению аномальных пьезоэлектрических свойств углеродных нанотрубок.

«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 нами было установлено, что проявление пьезоэлектрических свойств в УНТ связано с их легированием атомами азота в процессе роста», – рассказала Марина Ильина.

Данное исследование направлено на разработку новых источников энергии, способных обеспечить работу портативных устройств. Учёные изучили влияние материала проводящего подслоя, на котором выращиваются УНТ, на их пьезоэлектрические свойства. Было установлено, что материал подслоя существенно влияет на концентрацию азота и тип дефектов, образующихся в нанотрубке. От чего, в свою очередь, зависит величина пьезоэлектрического коэффициента, с увеличением которого более чем в четыре раза возрастает значение генерируемого тока, а также мощность и выходные значения наногенератора.

«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. Разрабатываемые технологии совместимы с традиционной кремниевой технологией, что позволит встроить их в производственный процесс существующей компонентной базы микро- и наноэлектроники», – отметила Марина Ильина.

Результаты проекта учёных, поддержанного грантом РНФ (проект № 20-79-00284) и выполняемого в рамках государственного задания в области научная деятельность № FENW-2022-0001, опубликованы в научном журнале Diamond and Related Materials.

Марина Ильина – победитель конкурса на получении стипендии Президента РФ для молодых учёных и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики на 2021–2023 гг. Результаты исследований учёной насчитывают около 200 научных работ. При этом только за последний год опубликовано пять статей в ведущих мировых журналах (Carbon, Diamond and Related Materials, Journal of Materials Chemistry C, Nanomaterials). Сейчас она активно продолжает работать над новыми проектами, а также над докторской диссертацией. В мечтах у молодой учёной довести свои научные исследования до практической реализации и заложить основы для дальнейшего развития углеродной электроники.