Идея заменить аккумуляторы микроэлектростанциями

«Мы предложили не имеющий аналогов метод создания многослойных графеновых покрытий на внутренних стенках пор по всей глубине кремниевой структуры. Источники тока такого рода дают не только длительное резервное питание техники, но со временем, вероятно, заменят аккумуляторы»

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Российской академии наук разработали уникальный нанокомпозит на основе кремния. По их словам, это ускорит развитие технологии по созданию «микроэлектростанций», которые будут размещены непосредственно на печатных платах электронных устройств. Результаты исследования опубликованы в журнале Microporous and Mesoporous Materials [1].

Структуры из пористого кремния все активнее применяются в микроэлектронике и биомедицине. Их отличительное свойство - это плавное распределение по всему материалу пор различных размеров: от нанопор на поверхности до макропор, образующих каркасы.

В медицине мембраны из пористого кремния используются в качестве 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 дают не только длительное резервное питание техники, но со временем, вероятно, заменят аккумуляторы»,

— доцент кафедры Материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ «МИСиС» Екатерина Гостева.

В результате обработки материала 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, которые в них используются.

Для создания покрытия использовалось газофазное химическое осаждение графена из паров спирта, сообщили авторы технологии. Предложенный метод отличается режимом «резкого перепада давления» в рабочей камере, в результате которого графен осаждается даже в слоях с замкнутыми нанопорами.

Новая методика защищена патентом РФ № 2731278 от 1 сентября 2020 года. Результаты исследований были представлены на выставке «Архимед-2021». В дальнейшем научный коллектив намерен адаптировать технологию для промышленного применения.

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2021.110981

Источник: НИТУ «МИСиС»