Scienty

Фото: img.freepik.com

Российские физики и инженеры разработали первые серийные промышленные датчики тока, не имеющие мировых аналогов с точки зрения эффективности и размеров. В работе над созданием участвовали специалисты научно-производственного центра «Перспективные технологии и материалы» совместно с коллегами из компании «Русграфен», МФТИ и ИПТМ РАН. В нашем материале расскажем об особенностях отечественного ноу-хау.

Новые датчики тока созданы с использованием графена – материала, обладающего исключительной прочностью и упругостью, несмотря на свою тончайшую структуру, и отличающегося доступной стоимостью, а также способного выдерживать высокие значения электрического тока. В рамках исследования был задействован не стандартный графен, представляющий собой монослой атомов углерода, а так называемый скрученный, или твистованный: материал был получен посредством технологии CVD (химическое газофазное осаждение предполагает создание структуры из отдельных монослоев графена, каждый из которых скручен по отношению к соседним на угол 15–20°. Этот графен характеризуется уникальными физическими свойствами и находит применение в качестве основы для датчиков тока, то есть активного сенсорного элемента. Об этом ноу-хау корреспонденту «Научной России» рассказал Максим Геннадьевич Рыбин ― технический директор научно-производственного центра «Перспективные технологии и материалы», учредитель и научный руководитель научно-производственной компании «Русграфен», кандидат физико-математических наук.

«В 2019 году, когда ученые освоили метод укладки графена в два слоя с возможностью их поворота друг относительно друга, в мире началась новая эра, связанная с применением этого материала. Это послужило началом целого направления исследований, получившего название «твистроника». Скрученные слои графена, в отличие от однослойного графена, демонстрируют ряд уникальных физических характеристик, таких как сверхвысокая подвижность зарядов при комнатной температуре и в условиях воздействия воздуха. Это имеет важное значение для изучения «эффекта Холла» – явления, при котором возникает напряжение в направлении, перпендикулярном потоку тока, в присутствии магнитного поля. Благодаря этому можно бесконтактно измерять силу тока в проводниках. Это открывает значительные преимущества для использования твистованного графена в электронике и в тех областях, где необходимо измерять потребление электроэнергии. Наши датчики продемонстрировали более высокую производительность и эффективность в сравнении с существующими на рынке решениями. <…> Мы освоили технологию синтеза твистованного графена площадью 100 см ², сначала материал подвергается обработке, после чего из него формируются миниатюрные устройства, габариты которых составляют 3×3 мм. Ключевым преимуществом является то, что эти устройства готовы к использованию и могут быть немедленно интегрированы в готовые изделия, такие как бытовой электросчетчик или датчик тока в электромобиле. Таким образом, мы обеспечили комплексную технологическую цепочку, охватывающую все этапы – от синтеза материала до его применения в электронике».

Материал создан при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации