::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Разработан емкий и компактный высокотемпературный конденсатор
Поскольку электроника требует более высокой удельной энергоемкости, уменьшить один из компонентов — конденсатор — оказалось непросто. Чтобы уменьшить конденсатор, обычно приходится истончать диэлектрический слой или уменьшать площадь поверхности электродов, что часто приводит к снижению мощности. Новый полимерный материал может изменить ситуацию.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых из Университета штата Пенсильвания сообщила о создании конденсатора из полимерной смеси, который может работать при температуре до 250 °C и при этом накапливать примерно в четыре раза больше энергии, чем обычные полимерные конденсаторы. Современные усовершенствованные полимерные конденсаторы обычно работают при температуре не выше 100 °C, поэтому инженерам часто приходится использовать громоздкие системы охлаждения в мощной электронике. Исследовательская группа подала заявку на патент на полимерные конденсаторы и планирует вывести их на рынок.
Конденсаторы обеспечивают быструю подачу энергии и стабилизируют напряжение в цепях, что делает их незаменимыми в самых разных областях применения — от электромобилей и аэрокосмической электроники до инфраструктуры энергосетей и центров обработки данных с искусственным интеллектом. Однако, несмотря на то, что транзисторы неуклонно уменьшаются в размерах благодаря достижениям в области производства полупроводников, пассивные компоненты, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, уменьшаются не так быстро.
«В некоторых системах силовой электроники на конденсаторы может приходиться от 30 до 40 процентов объема», — говорит Цимин Чжан, исследователь в области электротехники из Пенсильванского университета и автор исследования, объясняя, почему важно производить конденсаторы меньшего размера.
Исследовательская группа объединила два коммерчески доступных инженерных пластика: полиэфиримид (ПЭИ), изначально разработанный компанией General Electric и широко используемый в промышленном оборудовании, и полибутилентерефталат, известный своей высокой термостойкостью и электроизоляционными свойствами. При совместной обработке в контролируемых условиях полимеры самоорганизуются в наноразмерные структуры, которые образуют тонкие диэлектрические пленки внутри конденсаторов. Эти структуры помогают предотвратить утечку тока, при этом материал может сильно поляризоваться в электрическом поле, что обеспечивает более эффективное накопление энергии.
Полученный материал обладает необычайно высокой диэлектрической проницаемостью — показателем того, сколько электрической энергии может накапливать материал. Большинство полимерных диэлектриков имеют значение около четырех, но у смешанного полимерного диэлектрика, описанного в новой работе, этот показатель равен 13,5.