Die Nanotechnologieforschung der NCSU könnte Energiespeichergeräte verbessern

Veröffentlichungsdatum: 6. Juli 2020

RALEIGH – Forscher der North Carolina State University haben ein Rechenmodell entwickelt, das Anwendern hilft zu verstehen, wie sich Änderungen in der Nanostruktur von Materialien auf deren Leitfähigkeit auswirken – mit dem Ziel, die Entwicklung neuer Energiespeichergeräte für eine Vielzahl von Elektronikgeräten zu unterstützen.

Konkret konzentrierten sich die Forscher auf die Materialien, die zur Herstellung von Kondensatoren verwendet werden – Energiespeicher, die in allen Bereichen von Smartphones bis hin zu Satelliten zum Einsatz kommen.

„Wahrscheinlich verwenden Sie in Ihrem täglichen Leben Tausende von Kondensatoren, ob Sie es wissen oder nicht“, sagt Doug Irving, korrespondierender Autor einer Arbeit über die Arbeit und außerordentlicher Professor für Materialwissenschaft und -technik an der NC State.

Das Material, aus dem ein Kondensator besteht, beeinflusst seine Leistung. Also machten sich Irving und seine Mitarbeiter daran, ein Modell zu entwickeln, um zu verstehen, wie strukturelle Eigenschaften in einem Material die Leitfähigkeit des Materials beeinflussen.

„Eines der Dinge, mit denen wir zufrieden sind, ist, dass dieses Modell mehrere räumliche Skalen gleichzeitig betrachtet und alles erfasst, was von der Geräteebene bis zur Nanoskala passiert“, sagt Irving.

„Unser Modell betrachtet beispielsweise Dinge wie Defekte und Korngrenzen“, sagt Irving. „Defekte sind Dinge wie das Fehlen von Atomen in der Struktur eines Materials oder der Ort, an dem die ‚falschen‘ Atome in der Struktur gefunden werden. An Korngrenzen treffen verschiedene kristalline Strukturen aufeinander. Nun, unser Modell untersucht, wie Dinge wie Defekte und Korngrenzen die Anwesenheit und Bewegung von Elektronen durch ein Material beeinflussen.

„Da unterschiedliche Arten der Verarbeitung eines Materials das Vorhandensein und die Verteilung von Defekten und Korngrenzen steuern können, liefert uns das Modell Erkenntnisse, die zur Entwicklung von Materialien verwendet werden können, um die Anforderungen bestimmter Anwendungen zu erfüllen. Mit anderen Worten: Wir sind optimistisch, dass uns das Modell dabei helfen kann, die Kosten künftiger Kondensatoren niedrig zu halten und gleichzeitig sicherzustellen, dass sie gut funktionieren und lange halten.“

Das Papier, "Einfluss der Raumladung auf die Leitfähigkeit von nanokristallinem SrTiO₃”, wird in der veröffentlicht Zeitschrift für Angewandte Physik. Erstautor des Papiers ist Yifeng Wu, ein Ph.D. Student an der NC State. Der Artikel wurde gemeinsam von Preston Bowes und Jonathon Baker verfasst, die beide Postdoktoranden an der NC State sind. Die Arbeit wurde mit Unterstützung des Air Force Office of Scientific Research im Rahmen der Zuschüsse FA9550-14-1-0264 und FA9550-17-1-0318 durchgeführt; und Unterstützung durch ein Graduiertenstipendium des National Defense Science and Engineering des Verteidigungsministeriums.

(C) NCSU

Ursprünglicher Beitrag von: WRAL TechWire