Ученые придумали, как заменить аккумуляторы "микроэлектростанциями"

Ученые придумали, как заменить аккумуляторы "микроэлектростанциями"

Уникальный нанокомпозит на основе кремния создали ученые НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Российской академии наук. По их словам, разработка ускорит развитие технологии "микроэлектростанций", размещаемых прямо в печатных платах электроники. Результаты исследования опубликованы в журнале Microporous and Mesoporous Materials https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1387181121001074

Структуры из пористого кремния, по словам ученых, все активнее применяются в микроэлектронике и биомедицине. Важное их свойство - плавное распределение по всему материалу пор разных размеров: от нанопор на поверхности до макропористого каркаса.

В медицине мембраны из пористого кремния играют роль фильтров, например, для гемодиализа. В переносной электронике они применяются как электроды для микротопливных элементов - перспективных водородных источников энергии, которые можно интегрировать в печатные платы.

Однако при контакте с рабочими жидкостями - водой или слабощелочными растворами - нанопористый кремний постепенно разрушается. Ученые НИТУ "МИСиС" и Института проблем технологии микроэлектроники РАН разработали уникальную методику, которая позволяет радикально улучшить свойства пористых кремниевых мембран за счет нанесения графенового покрытия.

"Мы предложили не имеющий аналогов метод создания многослойных графеновых покрытий на внутренних стенках пор по всей глубине кремниевой структуры. Других способов производства электродов для эффективных микротопливных элементов сегодня нет. Источники тока такого рода могут не только обеспечить длительное резервное питание техники, но со временем, вероятно, заменят аккумуляторы", - объяснила доцент кафедры Материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ "МИСиС" Екатерина Гостева.

В результате обработки по новому методу у кремниевых структур в несколько сотен раз уменьшается поверхностное электросопротивление и заметно вырастает устойчивость к слабощелочным растворам. Кроме того, за счет формирования внутри пор дополнительного рельефа площадь полезной поверхности материала увеличивается более чем в три раза. Как объяснили ученые, все это резко повышает характеристики микротопливного элемента и позволяет повысить долговечность дорогостоящих катализаторов, применяемых в нем.

Для создания покрытия использовалось газофазное химическое осаждение из паров спирта, сообщили авторы технологии. Предложенный метод, по их словам, отличается использованием режима "резкого перепада давления" в рабочей камере, что обеспечивает осаждение графена даже в слоях с замкнутыми нанопорами.

Новая методика защищена патентом РФ N 2731278 от 1 сентября 2020 года. Результаты исследований были представлены на выставке "Архимед-2021". В дальнейшем научный коллектив намерен адаптировать технологию для применения в промышленности.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 16 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 20 000 обучающихся, среди них 26% - это студенты из 84 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.