Учёные ТПУ предлагают новые материалы для возобновляемой энергетики

Как сообщает пресс-служба Томского политехнического университета, коллектив научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» (НИЦ ФМКМ) Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ провёл исследование в области разработки новых материалов для возобновляемой энергетики на примере нано- и микроструктурированных гибких пьезополимерных нано- и микрогенераторов, а также биоактивных материалов на основе ВЧ-магнетронных кальций-фосфатных покрытий. Результаты опубликованы в двух обзорных работах в журналах первого квартиля: Nano Energy (Q1, IF: 16,6; CiteScore 23,1) и Ceramics International (Q1, IF: 3,83; CiteScore 6,1).

Исследования коллектив проводил в условиях изоляции и ограниченного доступа к оборудованию под руководством директора Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы» Томского политеха Романа Сурменева. Результаты работы опубликованы в журналах, импакт-фактор которых в совокупности превышает 20.

Нано- и микроразмерные устройства имеют большой потенциал для практического использования в химии, физике, биологии, материаловедении, медицине. Основой нано- и микротехнологий является класс устройств, известных как наноэлектромеханические системы (NEMS) или микроэлектромеханические системы (MEMS). С развитием технологий изготовление полимерных микроструктур, в частности на основе поливинилиденфторида (ПВДФ), становится более перспективным по сравнению с традиционными материалами. ПВДФ является термопластичным фторированным полимером и характеризуется высокой химической стойкостью в широком диапазоне температур.

Учёные ТПУ обобщили последние достижения по использованию мембран из анодированного оксида алюминия (AAO) в качестве шаблонов для получения пьезоэлектрических нано- или микрогенераторов на основе ПВДФ или поливинилиденфторид-трифторэтилена (ПВДФ-ТрФЭ). Эти материалы применяются в биомедицинских приложениях, устройствах для генерации возобновляемой энергии в результате человеческой дневной активности, а также для изготовления сенсоров.

Характеристики полученных устройств для накопления энергии и других применений могут быть значительно улучшены в случае использования нано- и микроструктурированных пьезополимерных поверхностей по сравнению с обычными пленками того же материала. Механизмы улучшения электрофизических свойств ПВДФ и его сополимеров в нано- и микромасштабах также описаны в статье.

«Помимо экспериментальных результатов, теоретические расчёты и компьютерное моделирование пьезоэлектрического отклика и генерируемой электрической энергии вследствие пьезо- и пироэлектрического эффектов также демонстрируют превосходство нано- и микроструктурных полимерных наногенераторов. Можно сделать вывод, что нано- и микроструктурирование поверхности пьезополимеров делает их более перспективными для применения в различных устройствах: регистрации физиологических показателей организма человека (пульс, давление), измерения деформации, температуры или силы, разработки пьезоэлектрических генераторов, а также интеллектуальных систем доставки лекарств», — уверены авторы статьи.

Вторая обзорная работа в журнале Ceramics International, опубликованная в сотрудничестве с иранскими коллегами, посвящена анализу перспективных способов модифицирования поверхности медицинских имплантатов. Эти исследования очень активно развиваются как в России, так и за рубежом. По словам учёных, Томский политехнический занимает в этой области лидирующие позиции.