Лаборатория армии США научилась создавать антисегнетоэлектрический материал для батарей будущего (Upd.) — Naked Science
7 минут
Василий Парфенов

Лаборатория армии США научилась создавать антисегнетоэлектрический материал для батарей будущего (Upd.)

2.8

Вопрос разработки способов запасания электричества в XXI веке встал невероятно остро — ученые со всего мира ломают голову над тем, как сделать батареи более емкими. Армейская исследовательская лаборатория США добилась успехов в создании тончайших антисегнетоэлектрических пленок из гафната свинца. Это сложное в получении соединение обладает большим потенциалом к применению в аккумуляторах и электрических вентилях.

Лаборатория армии США сообщила, что научилась создавать антисегнетоэлектрический материал для батарей будущего
Экспериментальный военный рельсотрон (рейлган) ВМС США / ©U.S. Navy, John F. Williams, DVIDS

Обновлено 20 мая: добавлена ссылка на публикацию в рецензируемом журнале APL Materials и откорректирован последний абзац.

Новостью о многообещающем открытии Армейская исследовательская лаборатория (ARL) поделилась в недавнем пресс-релизе (ссылка может быть недоступна из России). Также о новом методе получения тонких пленок из гафната свинца (PbHf03) пишет портал The Debrief. Как комментирует сообщение специалист по материаловедению ARL доктор Брендан Ханрахан (Dr. Brendan Hanrahan), «материалы класса антисегнетоэлектриков чрезвычайно полезны, когда вам нужен хороший способ получить мощный импульс энергии для рейлгана или дефибриллятора». Кроме того, за счет своего отличного свойства поглощать осциллирующие сигналы, из них получаются отличные электрические фильтры.

Чтобы создать тончайшие пленки из гафната свинца, ученые ARL применили метод атомно-слоевого осаждения. Похожим образом компании вроде Intel, Samsung и TSMC наносят антисегнетоэлектрик на основе циркония при производстве кремниевых заготовок («вафель») для чипов. Но армейским специалистам пришлось изрядно потрудиться, чтобы адаптировать методику для PbHf03. Подробности метода описаны в научной статье, которая опубликована в журнале APL Materials. Каковы будут следующие шаги лаборатории тоже пока непонятно — технология явно далека от промышленной реализации. Но учитывая потенциальную выгоду в виде гораздо более емких суперконденсаторов и надежных микроэлектронных компонентов, работы останавливаться точно не будут.

Что самое интересное, в какой-то степени американских ученых подтолкнула к таким результатам работа российских коллег. Несмотря на то, что гафнат свинца известен с середины XX века, его антисегнетоэлектрические свойства подтвердились только в 2019 году. Важную работу выполнил коллектив физиков из Санкт-Петербургского политехнического университета. После этого исследования, использование PbHf03 в новых экспериментах оставалось вопросом времени.

На соединения гафния ученые долгое время не обращали пристального внимания из-за его труднодоступности. Пусть он и находится в природе в тех же рудах, что и цирконий, добывать его оказалось довольно сложно. Только к началу 2000-х годов мировая добыча гафния поднялась достаточно, чтобы и цены на этот редкий металл упали, и его количества было достаточно не только промышленности, но и лабораториям. В последние годы выясняется все больше любопытных подробностей про гафний и его соединения. И, судя по всему антисегнетоэлектрические свойства — далеко не последний сюрприз, который ждет исследователей.

Антисегнетоэлектрики — это материалы, в которых при определенных условиях электрический дипольный момент соседних элементарных ячеек кристаллической решетки ориентирован зеркально. Происходит это когда под действием электрического поля катионы металлов и анионы кислорода каждой ячейки отклоняются друг от друга в противоположные стороны. Иными словами, такую ориентацию можно описать, как стопку очень маленьких батареек, сложенных поочередно разными полюсами в одну сторону. Если к антисегнетоэлектрическому материалу приложить электрическое поле, он поляризуется, а при возрастании энергии переходит в сегнетоэлектрическое состояние. Этот эффект можно использовать для накопления заряда и управления протекающим током.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:46
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

1 час назад
9 минут
Мария Азарова

Китайские ученые воспроизвели модель мужской беременности млекопитающих на лабораторных крысах: результаты оказались успешными лишь отчасти, но все равно показали, что в таких случаях эмбрионы могут развиваться нормально. Мировое сообщество восприняло эксперимент с ужасом.

Позавчера, 11:25
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

Позавчера, 14:46
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

Позавчера, 11:25
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

18 июня
9 минут
Мария Азарова

Шотландские исследователи провели когортный анализ: они сравнили риск госпитализации при заражении индийским и британским штаммами коронавируса, а также определили, кого вариант из Индии поражает чаще всего.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

27 мая
51 минута
Александр Березин

Хотя в прессе много пишут об исключительно редких «побочках» от вакцин, практика показывает, что бояться надо совсем другого. Самым страшным врагом привитого остается... коронавирус. Даже после вакцин Pfizer или Moderna от него иногда умирают — и подобных случаев уже сотни. Разумеется, среди непривитых таких на порядки больше, но погибшим и членам их семей от этого не легче. Еще хуже то, что две из трех российских вакцин, похоже, защищают от ковида намного слабее Pfizer и Moderna. Это довольно странно с учетом того, что третий российский препарат в этом плане не уступает западным аналогам. Почему российские власти финансируют миллионные тиражи слабой вакцины, имея в распоряжении вполне полноценную?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: