Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта совместно с коллегами из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х.М. Бербекова (КБГУ) и НИТУ МИСИС нашли способ производства материала для 3D-печати, который одновременно является пьезоэлектриком (генерирует электрический импульс при деформации) и реагирует на магнитное поле. Речь идет о композите на основе фторопласта ПВДФ и наночастиц CoFe₂O₄, которые обладают магнитными свойствами.

Магнитoэлектрические композиты объединяют магнитные и пьезо/ферроэлектрические компоненты и способны преобразовывать магнитное воздействие в электрический импульс. Однако для практического использования их при производстве датчиков, актуаторов (преобразователей энергии в физическое движение) и «умных» носимых устройств важны одновременно их высокий магнитоэлектрический отклик и технологичность — материал должен быть легко печатаем на обычных FDM-принтерах.

Авторы разработали метод получения материала от исходного прекурсора для изготовления филаментной нити для 3D-печати без потери его функциональных свойств на технологических этапах производства. Кроме того, в ходе исследования был определен оптимальный рецепт, который делает материал более чувствительным к внешнему магнитному полю, а также установлены параметры, которые упрощают процесс 3D-печати новым композитом и снижают энергозатраты.

«Это была непростая и трудоемкая исследовательская работа. Пришлось дотошно исследовать свойства нового композита на разных технологических этапах, что позволило лучше разобраться с наиболее оптимальными параметрами для синтеза материала. Мы поняли, что выбор правильного исходного полимера — ключ к тому, чтобы напечатанный объект был не только прочным, но и функциональным. Проведенное исследование стало значимым этапом в разработке новых магнитоэлектрических композитов, из которых можно изготавливать инновационные биомедицинские и электронные устройства методом 3D-печати», — прокомментировал один из авторов работы, научный сотрудник НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» Петр Ершов.

Результаты исследования, как указывают ученые, важны для создания новых «умных» материалов. Например, из таких композитов планируется печатать скаффолды — специализированные клеточные каркасы, с помощью которых можно управлять ростом и развитием стволовых клеток.