NCSU:s nanotekniska forskning kan förbättra energilagringsenheter

Publiceringsdatum: 6 juli 2020

RALEIGH – Forskare vid North Carolina State University har utvecklat en beräkningsmodell som hjälper användare att förstå hur förändringar i nanostrukturen hos material påverkar deras ledningsförmåga – med målet att informera om utvecklingen av nya energilagringsenheter för ett brett utbud av elektronik.

Specifikt fokuserade forskarna på de material som används för att tillverka kondensatorer – som är energilagringsenheter som används i allt från smartphones till satelliter.

"Du använder förmodligen tusentals kondensatorer i ditt dagliga liv, vare sig du vet det eller inte", säger Doug Irving, motsvarande författare till en artikel om arbetet och docent i materialvetenskap och teknik vid NC State.

Materialet som en kondensator är gjord av påverkar dess prestanda. Så Irving och hans medarbetare började utveckla en modell för att förstå hur strukturella egenskaper i ett material påverkar materialets konduktivitet.

"En av de saker som vi är nöjda med är att den här modellen tittar på flera rumsliga skalor samtidigt - och fångar allt som händer från skalan på enhetsnivå till nanoskalan", säger Irving.

"Till exempel tittar vår modell på saker som defekter och korngränser", säger Irving. "Defekter är saker som saknade atomer i ett materials struktur, eller där "fel" atomer finns i strukturen. Korngränser är där olika kristallina strukturer går in i varandra. Jo, vår modell tittar på hur saker som defekter och korngränser påverkar närvaron och rörelsen av elektroner genom ett material.

"Eftersom olika sätt att bearbeta ett material kan styra närvaron och distributionen av saker som defekter och korngränser, ger modellen oss insikter som kan användas för att konstruera material för att möta kraven från specifika applikationer. Med andra ord, vi är optimistiska att modellen kan hjälpa oss att hålla kostnaderna för framtida kondensatorer låga, samtidigt som vi ser till att de kommer att fungera bra och hålla länge.”

Pappret, "Inflytande av rymdladdning på konduktiviteten hos nanokristallint SrTiO₃", publiceras i Journal of Applied Physics. Första författare till uppsatsen är Yifeng Wu, en Ph.D. student vid NC State. Uppsatsen var medförfattare av Preston Bowes och Jonathon Baker, som båda är postdoktorala forskare vid NC State. Arbetet utfördes med stöd från Air Force Office of Scientific Research, under anslag FA9550-14-1-0264 och FA9550-17-1-0318; och stöd från ett stipendium för akademiker i försvarsdepartementets nationella försvarsvetenskap och teknik.

(C) NCSU

Ursprungligt inlägg av: WRAL TechWire