Ученые Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН (ИХР РАН) обнаружили, что добавление всего 1 % оксида никеля к титанату бария увеличивает диэлектрическую проницаемость суспензии материала примерно в 32 раза. В перспективе исследование может помочь в создании более компактных электронных компонентов.
Титанат бария используют при производстве конденсаторов, датчиков и пьезоэлектрических устройств. Он интересен благодаря своей способности изменять поляризацию под действием внешнего поля. Кроме того, этот материал рассматриввают как основу для фотокатализаторов — веществ, способных ускорять разложение загрязняющих соединений под действием света.
В своей работе исследователи попытались изменить свойства титаната бария, добавив к нему 1 % оксида никеля. Полученный композитный материал синтезировали растворным способом с последующей термической обработкой при температуре 1000 °C.
При изучении суспензий полученных порошков в силиконовом масле ученые обнаружили, что добавление оксида никеля увеличивает диэлектрическую проницаемость на низких частотах примерно в 32 раза: с 3,15 до 100. Этот показатель характеризует способность системы поляризоваться под действием электрического поля. Наблюдаемый эффект ученые связывают, в частности, с накоплением электрических зарядов на границах между титанатом бария и оксидом никеля. Изменения коснулись и других характеристик. Удельная поверхность порошка увеличилась с 2,83 до 4,04 м2/г, а расчетная ширина оптической энергетической щели уменьшилась с 3,00 до 2,77 эВ. Это означает, что добавка оксида никеля влияет не только на диэлектрические свойства материала, но и на его взаимодействие со светом.
Вместе с тем эксперименты выявили важную особенность: улучшение одних характеристик не обязательно приводит к улучшению всех остальных. Для проверки фотокаталитических свойств ученые использовали родамин Б — органический краситель, который служит модельным загрязнителем. Под воздействием ультрафиолета в водной среде исходный титанат бария обеспечил разложение 69 % красителя за 90 минут, тогда как для композитного материала этот показатель составил всего 45 %. При освещении видимым светом результаты составили соответственно 31 и 14 %.
«Эта работа имеет важное практическое значение. Исследование помогло нам понять, как в дальнейшем управлять свойствами функциональных материалов с помощью небольших добавок», — рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории «Химия гибридных наноматериалов и супрамолекулярных сиcтем» ИХР РАН Константин Иванов.
По словам ученых, полученные результаты могут быть полезны при разработке материалов для электронной техники и дальнейшего исследования свойств фотокатализаторов.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
