Ионная бомбардировка сделает из конденсатора батарею
В Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) разработан материал, способный в конечном итоге соединить эффективность, надёжность и прочность конденсаторов с возможностями аккумулирования энергии батарей. Потенциальные приложения включают персональные электронные устройства, носимые устройства и автомобильные аудиокомплексы.
Материал, о котором рассказывает статья в журнале Science, основан на так называемом «релаксорном пьезоэлектрике». Эта керамика, дающая быстрый механический или электронный отклик на внешнее электрическое поле, обычно используется в качестве конденсатора в ультразвуковой технике, в датчиках давления и генераторах напряжения.
Внешнее поле изменяет ориентацию электронов в этом материале, увеличивая накопленную в нём энергию. Однако большинство таких материалов не могут выдержать большое электрическое поле. Соответственно, проблема заключается в том, как оптимизировать пьезоэлектрик, чтобы его можно было заряжать до высоких напряжений и быстро разряжать (и делать это миллиарды раз и даже больше) без нанесения ущерба, делающего его непригодным для длительного использования.
Исследователи из лаборатории Лейна Мартина (Lane Martin), научного сотрудника Отдела материаловедения (MSD) Berkeley Labs, подошли к решению этого вопроса, бомбардируя тонкие плёнки прототипного релаксорного пьезоэлектрика ионами гелия.
В результате, эти высокоэнергетичные ионы выбивали ионы-мишени из пьезоэлектрика и оставляли на их месте локальные точечные дефекты. Такие дефекты захватывают электроны материала, останавливая их движение и уменьшая проводимость плёнки на порядки величины, — это позволяет ей выдерживать большие напряжения.
Измерения показали, что ионная бомбардировка увеличивала удельную энергоёмкость плёнки более чем вдвое и повышала эффективность на 50 процентов.
По словам авторов, тот же ионный луч может применятся для улучшения энергоёмкости других диэлектрических материалов и как инструмент для исправления недостатков в уже синтезированных материалах.