Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.05.2021
Василий Парфенов
4 625

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 17:40
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

Позавчера, 08:19
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

Вчера, 10:53
Сергей Васильев

Компьютерное моделирование двойных систем продемонстрировало, что их планеты способны сохранять стабильные орбиты на протяжении миллиарда лет и даже более. Это повышает шансы на развитие жизни в мирах, напоминающих фантастический Татуин.

Вчера, 17:40
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

21 января
Сергей Васильев

Грибница вешенок оказалась усеяна крошечными отростками, заполненными мощным нейротоксином, который почти мгновенно парализует мелких червей. Ученым удалось выяснить, из чего состоит и как действует этот смертельный яд.

Позавчера, 08:19
Анна Новиковская

Согласно исследованию американских ученых, съесть одну форель, выловленную в реках и озерах США, эквивалентно месячному употреблению воды, загрязненной «вечными химикатами».

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

9 января
Александр Березин

Избыточный вес убивает куда больше людей, чем войны с голодом вместе. До самых недавних пор это объясняли то «мусорным» фастудным питанием, то недостаточными физическими нагрузками. Научные работы показывают: эти гипотезы были неверны. За последние полвека сильно потолстели даже лабораторные животные, корм и нагрузки которых не менялись. Эпидемия лишнего веса действительно убийственна, но ее причина не в калориях или нехватке нагрузки. А в чем же? Naked Science исследует для вас этот вопрос.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: