::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Представлена технология «мгновенного отжига» для производства высокоэффективных конденсаторов
Диэлектрические конденсаторы для накопления энергии играют незаменимую роль в критически важных электронных устройствах, от импульсных лазеров до электромобилей, поскольку они могут быстро заряжаться и разряжаться, выдерживая экстремальные условия эксплуатации. Однако учёные уже давно бьются над фундаментальной проблемой разработки конденсаторов, которые могли бы накапливать большое количество энергии, выдерживать экстремальные температуры как при сильной жаре, так и при сильном холоде и при этом подходить для массового производства.
Традиционные методы производства часто основаны на химическом легировании, многофазном составе или намеренном создании структурных дефектов для получения материалов с определённой микроструктурой. Эти процессы сложны и требуют много времени, что препятствует массовому производству высокоэффективных диэлектрических плёнок.
Новый метод «мгновенного отжига» позволяет преодолеть эти ограничения за счёт скорости нагрева и охлаждения до 1000 °C в секунду, что даёт возможность синтезировать релаксаторную антисегнетоэлектрическую плёнку цирконата свинца на кремниевой пластине всего за одну секунду.
По мнению исследователей из группы под руководством профессора Ху Вэйцзиня из Института исследований металлов (IMR) Китайской академии наук (CAS) , этот метод эффективно «замораживает» высокотемпературную параэлектрическую фазовую структуру материала при комнатной температуре, создавая нанодомены размером менее 3 нанометров. Эти крошечные структуры действуют как сложный лабиринт, который играет ключевую роль в обеспечении высокоэффективного антисегнетоэлектрического поведения релаксатора и позволяет накапливать большое количество энергии. В то же время процесс мгновенного отжига позволяет получить более плотную и однородную текстуру плёнки и эффективно предотвращает испарение летучих элементов, содержащих свинец.
В совокупности эти усовершенствования позволяют плёнке выдерживать чрезвычайно высокие электрические поля, обеспечивая при этом сильную поляризацию, что в конечном счёте повышает плотность энергии конденсатора до 63,5 Дж/см³.
Ещё более впечатляющей является выдающаяся термостабильность конденсаторов, изготовленных этим методом. Тесты показывают, что после термоциклирования от экстремально низких температур -196 °C (температура жидкого азота) до высоких температур до 400 °C снижение плотности энергии и эффективности остаётся минимальным — менее 3 %. Таким образом, конденсатор может надёжно работать в самых разных условиях — от ледяной пустоты космоса до высокотемпературных условий в подземной нефтяной скважине.
Эта технология также проста в реализации и масштабировании. Команда уже создала однородные высокоэффективные плёнки на двухдюймовых кремниевых пластинах, что открывает реальные возможности для промышленного производства чипов для хранения энергии.