В XXI веке остро встал вопрос о способах накопления электроэнергии, ученые всех стран стремятся повысить емкость батарей. В исследовательской лаборатории армии США добились успеха в создании тончайших антисегнетоэлектрических пленок из гафната свинца. Это сложно получаемое соединение обладает большим потенциалом для использования в аккумуляторах и электрических вентилях.
Обновлено 20 мая:Добавлен ссылку на статью в рецензируемый журнал APL Materials, и изменен последний абзац.
Вооружённые силы США сообщили об обнадеживающем открытии. ARL) поделиласьВ свежем сообщении для прессы… PbHf03) пишет портал The Debrief. Как комментирует сообщение специалист по материаловедению ARL доктор Брендан Ханрахан (Dr. Brendan HanrahanМатериалы класса антисегнетоэлектриков крайне полезны при необходимости получения мощного импульса энергии для рейлгана или дефибриллятора. Также их превосходное свойство поглощать осциллирующие сигналы делает их прекрасными электрическими фильтрами.
Для изготовления ультратонких пленок из свинцового гафната исследователи ARLИспользовался метод атомно-слоевого осаждения. Intel, Samsung и TSMCПри изготовлении кремниевых заготовок для микрочипов наносится антисегнетоэлектрик на основе циркония. Военные специалисты приложили значительные усилия, чтобы приспособить эту методику для PbHf03Подробно об этом методе рассказано в опубликованной научной статье. опубликованаВ журнале APL Materials. Дальнейшие шаги лаборатории пока неизвестны — технология далека от промышленного внедрения. Но с учетом потенциальной выгоды в виде более емких суперконденсаторов и надежных микроэлектронных компонентов, работы точно не будут прекращены.
Интересно, что результаты американских учёных частично были обусловлены работой российских коллег. Гафнат свинца известен с середины XX века, но антисегнетоэлектрические свойства его подтвердились лишь в 2019 году. работуКоллектив физиков из Санкт-Петербургского политехнического университета провел исследование. По его итогам… PbHf03Время для новых экспериментов было вопросом.
Ученые долгое время не уделяли особого внимания соединениям гафния из-за сложности добычи этого металла. Несмотря на то что он встречается в тех же месторождениях, что и цирконий, его извлечение оказалось затруднительным. Только к началу 2000-х годов мировой объем добычи гафния вырос настолько, чтобы цены на этот редкий металл снизились, и его стало хватать не только для промышленности, но и для лабораторных исследований. В последние годы выясняются все больше интересных подробностей о гафнии и его соединениях. По всей видимости, антисегнетоэлектрические свойства — далеко не последнее открытие, которое ожидает исследователей.
Антисегнетоэлектрики — это материалы, где при определённых условиях электрический дипольный момент соседних ячеек кристаллической решетки ориентирован противоположно. Это происходит из-за того, что под действием электрического поля катионы металлов и анионы кислорода каждой ячейки отклоняются друг от друга в разные стороны. Такую ориентацию можно представить как стопку маленьких батареек, сложенных поочередно разными полюсами в одну сторону. Приложив к антисегнетоэлектрическому материалу электрическое поле, его поляризуют, а при увеличении энергии материал переходит в сегнетоэлектрическое состояние. Этим эффектом можно управлять протекающим током и накапливать заряд.