Ang mga mekanikal na imprint ng mga atomo sa ferroelectric ceramics

Matapos ang matagumpay na pagpapapangit ng makina, sinuri ni Marion Höfling ang isang solong kristal. Kredito: Yuri Koruza

Ang electroceramics, tulad ng mga capacitor, ay mahahalagang bahagi ng mga elektronikong aparato. Ang pagkagambala sa kanilang mala-kristal na istraktura ay maaaring magbago ng mga tukoy na pag-aari. Halimbawa, ang mga pamamaraang kemikal ay maaaring magamit upang mapalitan ang mga indibidwal na atomo sa isang kristal na lattice sa iba. Ang isang matatag na hugis ay maaaring malikha sa pamamagitan ng pagpapalit ng isang bilang ng mga atom sa halip na isang solong. Sa kauna-unahang pagkakataon, isang internasyonal na pangkat ng mga siyentista na pinangunahan ni TU Darmstadt ay pinamamahalaang ipasok ang isang paglinsad sa ferroelectric ceramics sa pamamagitan ng mekanikal na paglalagay ng mga atomo sa isang materyal – isang proseso na hanggang ngayon ay ginagamit lamang sa mga metal. Ang mga natuklasan ay nai-publish sa bantog na journal Science.

Ang merkado ng mundo para sa electroceramics ay humigit-kumulang 25 bilyong euro sa isang taon. Ang mga napakaliit na sangkap na ito ay madalas na hindi nahahalata sa pang-araw-araw na buhay. Ang smartphone mismo ay naglalaman ng 600 capacitors, kung saan 3 trilyon – iyon ay 3 trilyon – ay ginawa bawat taon. Ang paraan ng paggana ng maraming electroceramics ay hindi batay sa daloy ng kasalukuyang pamamagitan ng isang materyal, ngunit sa maliliit na paglinsad ng singil, na tinatawag na polariseysyon, sa mga praksyon ng isang atomic diameter. Halos isang-kapat ng electroceramics ng mundo ang nagsasama ng polarasyong ito sa pagpapalawak ng materyal, na kung saan ay maaaring iakma kawastuhan atomic diameter. Lamang pagkatapos ay maaaring mas maliit at mas maliit ang mga bahagi ng computer at microrobots ay maiayos.

Kapalit ng serye ng atomiko sa atom

Ang mga pag-aari ng electroceramics ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng paggamit ng mga interbensyon ng kemikal upang mapalitan ang mga indibidwal na atomo sa isang regular na hugis kristal lattice sa iba (mga regalo) – isang bagay tulad ng pag-upo ng isang solong tagahanga ng Borussia Dortmund sa isang itim at dilaw na T-shirt sa isang sinehan na puno ng FC Bayern Ang mga tagahanga ng Munich na naka-red jersey. Gayunpaman, kung may mga espesyal na kinakailangan, tulad ng mas mataas na temperatura o boltahe ng elektrisidad, ito ay nasusuportahan atomo mawawala ang lugar nito (itutulak ng fan), na magiging kapinsalaan ng pagpapaandar ng palayok.

Isang kristal na may mga pagsasalamin sa domain

Nag-iisang kristal na may mga pagsasalamin sa domain sa paglubog ng araw. Kredito: Marion Höfling

Ang pag-install ng mga indibidwal na atomo sa isang ceramic kristal lattice ay hindi sapat na matatag para sa mga kumplikadong kinakailangan, ngunit ang pag-install ng buong serye ng atomiko (pag-aalis) ay matatag. Sa isang halimbawa ng football, tumutugma ito sa katotohanan na mayroon siyang bilang ng mga tagahanga ng Borussia sa mga tagahanga ng Bayern. Ang mga mananaliksik mula sa tatlong pangkat na nagtatrabaho ng TU Darmstadt ay nakikipagtulungan sa pagsasaliksik sa mga paglipat na ito sa mga pangkat ng pagsasaliksik mula sa Switzerland, Netherlands at Estados Unidos.

Mga bagong atomo, mga bagong pag-aari

“Ang mga pamamaraan ng kemikal ay hindi na sapat para sa mga nakaplanong paglipat,” paliwanag ni Propesor Jürgen Rödel, pinuno ng pangkat ng pagsasaliksik ng mga di-metal na materyal na di-metal na sa TU Darmstadt. Sa halip, nagawa ng mga siyentista na makamit ang paglilipat nang wala sa loob. Gumamit sila ng isang proseso kung saan ang ceramic ay mekanikal na deformed sa ilalim ng kontroladong presyon at mga kondisyon ng temperatura upang mai-print ang pagpilit sa ceramic. Ang isang pamamaraang tulad nito ay walang halaga para sa mga metal, ngunit hanggang ngayon ito ay itinuturing na higit na imposible para sa mga keramika dahil sa napakalaking tigas nito. Bilang karagdagan, ang ceramic ibabaw ay labis na malutong at madaling masira. Upang mapagtagumpayan ang mga hadlang na ito, ang mga siyentista ay gumawa ng isang impression ng mekanikal sa 1150 degree Celsius sa isang solong kristal ng dating nakalkula na na-optimize na oryentasyon.

Pinapayagan na ngayon ng pamamaraang ito ang isang maayos na pag-ayos ng mga bagong nasasakop na mga hanay ng atomic. Kinokontrol ng seryeng ito ang lokal na polariseysyon, ang paglinsad ng pagkarga sa materyal. Dahil malinaw na nililimitahan ng naka-print na serye ang polariseysyon, hindi ito maaaring mawala sa istraktura kahit sa ilalim ng napakataas na kundisyon ng pagpapatakbo. Sa pagpapatakbo ng electroceramic, ang mga lugar ng materyal na tinukoy ngayon ng isang serye (paglilipat) ay sumakop sa ilang mga paglilipat ng singil; ang pagpapatuloy ng pagkakatulad ng football ay parang ang mga tagahanga ng Bayern ay nakasandal o magkatabi. Dahil ang mga lugar na ito ng materyal ay hindi nagbabago sa ilalim ng mataas na kundisyon, walang enerhiya ang nabago ng panloob na alitan at ang pag-uugali ng materyal ay mananatiling matatag.

Ginagawa nitong posible ang mga materyal na ito upang matiyak ang pare-pareho ng mga katangian kahit na sa mataas na temperatura at may mas mataas na pagkonsumo ng enerhiya. Sa parehong oras, ang mga mananaliksik ay nagtatrabaho upang mabawasan ang gastos ng pag-secure ng mga paglilipat sa pamamagitan ng maraming mga pagpipilian sa mekanikal na fingerprint.

Sanggunian: “Pagkontrol ng polarisasyon sa mga ferroelectrics ng masa sa pamamagitan ng imprintong mekanikal na paglinsad”, ni Marion Höfling, Xiandong Zhou, Lukas M. Riemer, Enrico Bruder, Binzhi Liu, Lin Zhou, Pedro B. Groszewicz, Fangping Zhuo, Bai-Xiang Xu, Karsten Durst , Xiaoli Tan, Dragan Damjanovic, Yuri Koruza at Jürgen Rödel, 28 Mayo 2021, Agham.
DOI: 10.1126 / science.abe3810

Project Reinhart Koselleck

Nakatanggap ang DFG ng “Pananaliksik sa Mga Pagbabago sa Ceramika” bilang isang proyekto ni Reinhart Koselleck sa loob ng limang taon na 1.25 milyong euro. Ang layunin ng programa ay kalayaan para sa partikular na makabagong at – sa isang positibong kahulugan – mapanganib na pananaliksik, at sa gayon ay iginagalang ang lubos na kilalang mga siyentista. Ito ang unang pagkakataon na nag-aplay si Propesor Jürgen Rödel para sa ganitong uri ng suporta ng DFG para kay TU Darmstadt. Sa mga katabing lugar ng transportasyon ng bala at pagdaragdag ng pagiging maaasahan ng mga keramika (ductile ceramics), mayroon nang isang bilang ng mga publication na may mataas na halaga at ang mga unang aplikasyon ng patent para sa kanyang proyekto. Ang bilang ng mga kasosyo sa pandaigdigang pananaliksik ay kasalukuyang napakabilis na lumalagong at may kasamang pangunahing mga koponan sa England, China at Japan.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.