Разработка новой технологии отжига позволила сократить время изготовления диэлектрических плёнок до секунды.

Новости МирТесен

Китайские исследователи заявили об значительном прогрессе в технологии изготовления конденсаторов, уменьшив время формирования диэлектрических слоёв, необходимых для накопления энергии, до одной секунды. Эта инновация вызвала большой интерес, поскольку она позволяет создавать быстрые и надёжные системы хранения энергии для современных оборонных комплексов и электромобилей. Работу осуществила группа специалистов из Института исследования металлов Китайской академии наук.

Инновационный подход, основанный на технологии отжига вспышкой, заключается в быстром нагреве и охлаждении материала со скоростью приблизительно 1000 градусов Цельсия в секунду. Эта высокая скорость позволяет создавать кристаллические слои на кремниевой подложке всего за один цикл, в отличие от других методов, требующих от трёх минут до часа. Полученные слои обладают высокой плотностью энергии и сохраняют стабильность в широком температурном диапазоне – до 250 градусов Цельсия, что соответствует параметрам слоев, полученных традиционными, более медленными способами.

Учёные отмечают, что высокая тепловая стабильность новых плёнок обеспечивает защиту устройства при эксплуатации в условиях повышенных температур, характерных для гибридных электромобилей и оборудования, применяемого при глубокой разведке нефти и газа. Диэлектрические конденсаторы обладают способностью быстро заряжаться и разряжаться, что гарантирует высокую плотность энергии. Благодаря этому они находят широкое применение в электромобилях, передовых радиолокационных системах и мощных лазерных установках. Кроме того, ряд военных разработок подтверждает их значимость для направленного энергетического оружия, использующего сфокусированную энергию для поражения целей.

Чтобы повысить плотность энергии, специалисты разработали способ ускоренного нагрева с использованием электромагнитной индукции, за которым следует резкое охлаждение плёнки в жидком азоте. Благодаря этому стало возможным зафиксировать кристаллическую структуру в условиях высокой температуры, что привело к улучшению ёмкости накопления энергии. В конечном итоге был получен показатель плотности хранения энергии, равный 63,5 джоулей на кубический сантиметр, что является более высоким результатом по сравнению с другими подходами при сопоставимых условиях.

Несмотря на достигнутый прогресс, диэлектрические конденсаторы всё ещё уступают литий-ионным аккумуляторам по объёму накапливаемой энергии. Однако новая технология открывает возможности для промышленного производства и создания компонентов для накопления энергии, сопоставимых по размеру с микрочипами. Показанные плёнки выдержали многочисленные циклы нагрева и охлаждения без существенной потери производительности, что делает их перспективными для использования в аэрокосмической отрасли.

Исследование было в журнале Science Advances 14 ноября.