• Астрономы обнаружили потенциально обитаемую планету «недалеко» от Земли (2 фото + видео)

    Астрономы обнаружили новую экзопланету HD 20794 d, классифицированную как суперземля и расположенную в 19,6 светового года от нас. Планета находится в обитаемой зоне своей звезды, что предполагает возможность наличия жидкой воды на её поверхности.
    Читать дальше
  • NASA обнаружило «элементы жизни» в образцах астероида Бенну (2 фото)

    Учёные NASA проанализировали образцы, собранные с астероида Бенну в ходе миссии OSIRIS-REx, и нашли в них органические соединения, играющие важную роль в происхождении жизни. В частности, были обнаружены фундаментальные элементы, необходимые для синтеза белков и формирования ДНК.
    Читать дальше
  • DOOM запустили на HDMI-переходнике Apple (видео)

    Среди энтузиастов со всего мира стало своеобразным состязанием запускать DOOM на любой электронике и не только. Оказывается, поиграть в культовый шутер можно даже на HDMI-переходнике Apple. Таким достижением поделилась девушка-программист под ником Nyan Satan.
    Читать дальше
  • Совершён первый в истории видеозвонок через космос между обычными смартфонами

    Спутниковый провайдер AST SpaceMobile и оператор мобильной связи Vodafone из Великобритании сообщили об успешном выполнении видеозвонка между двумя немодифицированными смартфонами с использованием спутниковой связи. В 2023 году AST осуществила первый в истории звонок между обычными смартфонами через спутник, а также первый такой звонок че...
    Читать дальше
  • Первый отрезок гигантского «лежачего небоскрёба» The Line в Саудовской Аравии построят к 2030 году (3 фото)

    На Всемирном экономическом форуме в Давосе стали известны новые подробности о мегапроекте Neom в Саудовской Аравии. В частности, появилась новая информация о строительстве города The Line («Линия») длиной 170 км и высотой 500 м. На форуме представитель проекта сообщил, что закладка фундамента для первой очереди «лежачего небоскрёба» начнё...
    Читать дальше

Учёные случайно создали конденсатор, который можно зарядить в 19 раз сильнее обычного

15 мая 2024 | Просмотров: 6 540 | Интересное

Недавно в журнале Science вышла статья авторов из инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, посвящённая исследованию гетерогенных тонкоплёночных структур для конденсаторов. Работая с сегнетоэлектриками, учёные случайно создали конденсатор с плотностью энергии в 19 раз выше, чем у обычных элементов. Фактически они разработали аккумулятор с фантастической способностью быстрой зарядки, чего не хватает современным батареям.

Не секрет, что конденсаторы являются важнейшими элементами подсистем питания и стабилизации схем. В современных смартфонах может быть до 500 конденсаторов, а в ноутбуках — до 800 и более (колебательные контуры мы условно вынесем за скобки в данной статье, речь только о питании). Во всех случаях конденсаторы выступают как элементы, способные быстро разряжаться и заряжаться, чего не скажешь об аккумуляторах. Зато аккумуляторы отличаются высочайшей плотностью хранения энергии. Учёные давно пытаются найти золотую середину — высокоплотный аккумулятор с возможностью быстро заряжаться и разряжаться, но при этом оставаться целым и способным на множество циклов заряда. Похоже, учёные из США приблизились к открытию такого аккумулятора.

В ходе эксперимента с гетероструктурами на основе титаната бария (BaTiO3) — в некотором роде перовскита — была открыта «новая физика», как выразились учёные. В целом исследователи получили возможность управлять временем разряда (релаксации) сегнетоэлектрического конденсатора. Эта возможность случайно проявила себя при изучении комбинации двумерных и трёхмерных материалов в комбинации 2D/3D/2D2 или бутерброда Au/MoS2/BaTiO3/MoS2/Au. Сердцевина из титаната бария, окружённая двумя атомарно тонкими слоями, создаёт слой толщиной всего 30 нм или 1/10 обычного вируса. Точно подобранные химические и нехимические связи, а также зазоры между слоями стали тем ключом, который позволил получить контроль над временем разряда конденсатора-аккумулятора.

Благодаря сохранению кристалличности 3D-сегнетоэлектрика и минимизации потерь энергии, учёные смогли достичь плотности хранения энергии в этой многослойной гетерогенной структуре на уровне 191,7 Дж/см3 при КПД более 90 %. Точный контроль времени разряда открывает перспективы для широкого спектра применений и потенциально может ускорить разработку высокоэффективных систем накопления энергии.

«Мы создали новую структуру, основанную на инновациях, которые мы уже внедрили в нашей лаборатории с использованием 2D-материалов, — сказал ведущий автор работы Санг-Хун Бей (Sang-Hoon Bae). — Изначально мы не были сосредоточены на накоплении энергии, но в ходе нашего исследования свойств материалов мы обнаружили новое физическое явление, которое, как мы поняли, может быть применено для накопления энергии, и которое было одновременно очень интересным и потенциально гораздо более полезным».

«Мы обнаружили, что время релаксации диэлектрика может регулироваться или индуцироваться очень небольшим зазором в структуре материала, — объяснил Бэй. — Это новое физическое явление — то, с чем мы раньше не сталкивались. Это позволяет нам манипулировать диэлектрическим материалом таким образом, чтобы он не поляризовался и не терял способность заряжаться».

Учёные не скрывают, что впереди будет долгая оптимизация материала, но даже на современном этапе разработка превышает достижения других лабораторий. Поэтому исследователи видят в новом «электронном материале», как они назвали своё решение, большие перспективы.


Комментарии: 1

  1. Инна Ватция
    21 мая 2024 11:11 Инна Ватция
    Ещё один пример научного доказательства преимущественного превосходства гетероструктур, в сравнении с гомогенными средами.
    + 1
    Ответить
В Вашем браузере отключен JavaScript. Для корректной работы сайта настоятельно рекомендуется его включить.