Mechanické otisky atomů na feroelektrické keramice

Marion Höflingová po úspěšné mechanické deformaci zkoumala krystal. Uznání: Jurij Koruza

Elektrokeramika jako kondenzátory jsou základními součástmi elektronických zařízení. Interference s jejich krystalovou strukturou může změnit specifické vlastnosti. Například lze použít chemické metody k nahrazení jednotlivých atomů v krystalové mřížce jinými. Pevná forma může být vytvořena nahrazením celé řady atomů, nikoli pouze jedním. Mezinárodnímu týmu vědců pod vedením TU Darmstadt se poprvé podařilo dosáhnout dislokace ve feroelektrické keramice mechanickým tiskem atomů v materiálu – metodě, která se dříve používala v kovech. Zjištění jsou publikována ve slavném časopise Science.

Světový trh s elektrokeramikou se pohybuje kolem 25 miliard eur ročně. Tyto velmi malé součásti jsou v každodenním životě často nepochopitelné. Jeden smartphone má kapacitu 600 kondenzátorů, z nichž se každý rok vyrobí 3 biliony – to je 3000 miliard. Způsob, jakým mnoho elektrokeramiky funguje, není založen na toku proudu materiálem, ale na malých dislokacích náboje, nazývaných polarizace, v částicích s atomovým průměrem. Asi čtvrtina elektrokeramiky vyrobené na světě spojuje tuto polarizaci s rozšířením materiálu, který lze zase přizpůsobit přesnost atomového průměru. Teprve potom lze přesouvat i menší počítačové komponenty a mikroroboty.

Nahrazení atomové řady atomy

Vlastnosti elektrokeramiky lze zlepšit použitím chemických zásahů k nahrazení jednotlivých atomů v běžné krystalové mřížce jinými (obdarovat) – například sedět fanouška Borussie Dortmund na černo-žlutém dresu v kině plném fanoušků FC Bayern Mnichov červená rampa. Pokud však existují zvláštní požadavky, jako jsou vyšší teploty nebo elektrické napětí, vybavte je atom ztratit své místo (ventilátor bude tlačen), což poškodí funkci keramiky.

Jeden krystal s odrazy domény

Monokrystal s odrazy v oblasti západu slunce. Uznání: Marion Höfling

Instalace jednotlivých atomů v keramické krystalové mřížce není dostatečně robustní pro složité požadavky, ale instalace celé atomové série (přenos) je rychlá. Například ve fotbale je to stejné jako mít řadu fanoušků Borussie mezi fanoušky Bayernu. Vědci o materiálech ze tří pracovních skupin na TU Darmstadt spolupracovali s výzkumnými skupinami ze Švýcarska, Nizozemska a USA na výzkumu těchto převodů.

Nové atomy, nové vlastnosti

„Chemické metody již nestačí pro plánovaný přenos,“ vysvětluje profesor Jürgen Rödel, vedoucí výzkumné skupiny pro nekovové anorganické materiály na TU Darmstadt. Vědcům se však podařilo dosáhnout mechanického přenosu. Používají proces, při kterém keramika nemá žádné mechanické úpravy za kontrolovaných tlakových a teplotních podmínek, takže přenos může být v keramice skryt. Taková metoda není pro kovy nezbytná, ale doposud ji keramika z velké části znemožnila kvůli své extrémní tvrdosti. Keramický povrch je navíc mnohem silnější a snadno se rozbije. K překonání těchto překážek vytvořili vědci mechanický tisk při 1150 stupních Celsia v krystalu v dříve vypočítané optimalizované orientaci.

Současná metoda umožňuje přehledné pole nově obsazených atomových řádků. Tato řada řídí lokální polarizaci materiálu, dislokaci zátěže materiálu. Protože tištěná řada jasně omezuje polarizaci, neztrácí strukturu ani za velmi vysokých provozních podmínek. V provozu elektrokeramiky se oblasti materiálu, které jsou v současné době omezeny řadami (přechody), podrobují určitým změnám náboje; pokračovat v porovnávání fotbalu, je to, jako by se fanoušci Bayernu nakláněli vpřed nebo do stran po částech. Vzhledem k tomu, že tyto oblasti materiálu jsou za vysokých podmínek neměnné, nedochází k přeměně energie na vnitřní turbulenci a vodivost materiálu zůstává stabilní.

Tyto materiály nyní umožňují zajistit stabilní vlastnosti i při zvyšující se teplotě a rostoucí spotřebě energie. Výzkumníci zároveň studovali snížení nákladů na zajištění bydlení prostřednictvím různých možností mechanického tisku.

Odkaz: „Prevence polarizace většiny feroelektrik mechanickým zkreslením otisku“, autor: Marion Höfling, Xiandong Zhou, Luke M. Riemer, Enrico Bruder, Binzhi Liu, Lin Zhou, Peter B. Groszewicz, Fangping Zhuo, Bai-Xiang Xu, Karsten Durst, Xiaoli Tan, Dragan Damjanovic, Jurij Koruza a Jürgen Rödel, 28. května 2021, Věda.
DOI: 10.1126 / science.abe3810

Projekt Reinhart Koselleck

Společnost DFG ocenila „Výzkum v keramických obydlích“ jako projekt Reinhart Koselleck s 1,25 milionu eur na pět let. Program si klade za cíl svobodu pro konkrétní inovace a – v pozitivním smyslu – riskantní výzkum a ctí významné vědce. Je to poprvé, co profesor Jürgen Rödel požádal o tuto jedinečnou podporu DFG pro TU Darmstadt. V přilehlých oblastech náboje a zvyšování spolehlivosti keramiky (tvárná keramika) již existuje řada vysoce hodnotných publikací a první patentová přihláška pro jeho projekt. Počet mezinárodních výzkumných partnerů v současné době velmi rychle roste, a to včetně týmů v Anglii, zejména v Číně a Japonsku.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.