Подход к усилению релаксаторов для устройств накопления энергии

Aug 14, 2023

Особенность от 26 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ингрид Фаделли, Tech Xplore

Релаксорные сегнетоэлектрики представляют собой материалы с сегнетоэлектрическими свойствами и высокой электрострикцией (т. е. способностью сжиматься или деформироваться в ответ на электрические поля). Эти материалы могут быть использованы для создания высокоэффективных устройств хранения энергии, например, конденсаторов.

Конденсаторы — это ключевые электронные компоненты, состоящие из двух электрических проводников, расположенных на заданном расстоянии между ними. Эти компоненты могут временно накапливать электрический заряд, уменьшая шум, передаваемый отдельными интегральными схемами (ИС), и тем самым улучшая общую производительность электроники.

Исследователи из Университета Цинхуа и других институтов Китая недавно представили новую стратегию разработки эффективных релаксорных сегнетоэлектриков для устройств накопления энергии. Их статья, опубликованная в журнале Nature Energy, предлагает использовать так называемую конфигурационную энтропию для оценки локальной неоднородности состава релактора.

«Сегнетоэлектрики-релаксоры являются основными кандидатами на роль высокопроизводительных диэлектрических конденсаторов для хранения энергии», — написали в своей статье Бинбин Ян, Цинхуа Чжан и их исследователи. «Общий подход к настройке свойств релаксоров заключается в регулировании локальной композиционной неоднородности, но отсутствует способ количественной оценки колебаний состава релаксоров. Здесь мы предлагаем конфигурационную энтропию в качестве показателя для количественной оценки локальной композиционной неоднородности. "

Некоторые недавние исследования пытались улучшить сохранение энергии в конденсаторах с использованием релаксоров с одним высокоэнтропийным составом. В рамках своего исследования Ян, Чжан и их коллеги намеревались более глубоко изучить связь между свойствами релаксорных сегнетоэлектриков и энтропией. Они обнаружили, что с увеличением энтропии релаксоров увеличивается локальная неоднородность, что, в свою очередь, влияет на свойства материалов.

«Наши результаты показывают, что локальная неоднородность увеличивается с увеличением энтропии согласно данным сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, и характеристики релаксора соответственно модулируются», — написали Ян, Чжан и их коллеги в своей статье. «Благодаря продуманному расчету энтропии мы достигаем оптимальных общих характеристик хранения энергии в пленках со средней энтропией на основе Bi4Ti3O12, характеризующихся высокой плотностью энергии 178,1 Дж см-3 с эффективностью, превышающей 80%, и высоким показателем качества 913. "

Результаты, полученные Янгом, Чжаном и их коллегами, демонстрируют, что свойства релаксорных сегнетоэлектрических материалов зависят от энтропии, особенно от конфигурационной энтропии. Эту энтропию можно легко рассчитать, используя состав материала в качестве прогнозного индекса.