Химики предложили по-новому создавать материалы для авиации и космической электроники
Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ) РАН предложили новый способ получения керамического материала на основе оксида индия, галлия и цинка (IGZO) для создания теплозащитных и термоэлектрических покрытий.
Материалы на основе полупроводниковых прозрачных оксидов индия, галлия и цинка применяют для получения прозрачной гибкой электроники ― ЖК-дисплеев и сенсорных емкостных панелей высокого разрешения, дисплеев мобильных телефонов. Эти материалы обладают уникальными электрофизическими характеристиками, термостабильны, и ввиду низкой теплопроводности их можно использовать для разработки теплозащитных и термоэлектрических покрытий. Совершенствование технологии получения таких материалов и повышения их эксплуатационных характеристик ― важная задача для авиации и космической электроники.
Традиционный способ получения IGZO основан на длительном (более 100 часов), высокотемпературном (до 1500°С) отжиге смеси оксидов индия, галлия и цинка. Химики из ИОНХ РАН поставили перед собой задачу создать более быстрый и энергосберегающий способ получения материала. Они впервые применили метод сжигания геля для изготовления порошков IGZO, что позволило снизить температуру их получения сразу на 500°С ― до 1000°С, и сократить время синтеза практически в 20 раз по сравнению с традиционным способом. Полученная IGZO-керамика имеет необычную слоистую микроструктуру, образованную множеством уплотненных тонких пластинок.
«Нами была разработана методика, в основе которой лежит реакция горения органо-неорганического геля, образованного поливиниловым спиртом и нитратами индия, галлия и цинка. Такой способ не только позволил добиться поставленной цели, но и привел к получению тонкодисперсных порошков с очень необычной формой частиц. Оказалось, что керамика, полученная с использованием этого порошка, также обладает уникальной слоистой структурой и имеет теплопроводность на треть ниже по сравнению с аналогичными материалами. Это очень интересный результат, который позволяет по-новому взглянуть на данный класс соединений и предположить, что на их основе могут быть созданы функциональные покрытия с повышенными теплозащитными функциями», ― комментирует работу старший научный сотрудник лаборатории термического анализа и калориметрии ИОНХ РАН Ольга Кондратьева.
Благодаря простоте и эффективности синтез IGZO легко масштабируется. Это позволило детально изучить теплофизические свойства IGZO. Достаточно часто теплоемкость исследуемого материала рассчитывают теоретически, исходя из известных характеристик для составляющих его простых оксидов. Такой подход зачастую искажает величины теплоемкости и теплопроводности в большую или меньшую сторону. Полученные в ИОНХ РАН экспериментальные результаты будут востребованы специалистами, занимающимися IGZO во всем мире. В дальнейшем авторы планируют изучить физико-механические свойства керамики и функциональных покрытий IGZO.
Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 20-73-00241) и опубликована в Journal of the European Ceramic Society.
