Ferroelektrik keramikalarda yüksək enerji saxlama sıxlığına və səmərəliliyinə nail olmaq, onların yüksək doyma polarizasiyası və aşağı qalıq qütbləşmə nümayiş etdirmək qabiliyyətinə əsaslanır ki, bu da mükəmməl enerji saxlama performansı üçün vacibdir. Bundan əlavə, relaksator ferroelektrik keramikalarda enerji saxlama sıxlığının artırılması da daha yüksək qırılma sahəsinin gücü tələb edir ki, bu da nəzərdən qaçırılmamalı olan mühüm amildir.

Volfram-bürünc (TB) strukturlu ferroelektrik keramika unikal struktur xüsusiyyətlərinə, zəngin kompozisiya tənzimləmə mexanizmlərinə və rahatlama davranışını asanlaşdırmaq qabiliyyətinə malikdir. Bu atributlar onlara daha aşağı elektrik sahəsi güclərində əhəmiyyətli dərəcədə yüksək polarizasiya dəyərlərinə nail olmağa imkan verir və bununla da onların enerji saxlama performansına böyük təsir göstərir və enerji saxlama sahəsində tətbiqlərini genişləndirir.

Nəticə etibarilə, volfram-bürünc strukturlu ferroelektrik keramikalarda müstəsna enerji saxlama performansına nail olmaq üçün strategiyaların araşdırılması zəruridir.

Bir araşdırma qrupu indi Advanced Ceramics jurnalında bu mövzuda bir məqalə dərc etdi .

“Bu hesabatda biz Ba ² ilə birgə dopinq strategiyasından istifadə edərək Tetragonal TB Sr _4.5-x Ba _x Sm _0.5 Zr _0.5 Nb _9.5 O _{30 (x = 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5)(SBSZN) keramika hazırladıq.} ⁺ , Sr ²⁺ , Sm ³⁺ A sahəsində və Zr ⁴⁺ əvəzinə B sahəsində Nb ⁵⁺ ferroelektrik uzun mənzilli sifarişi pozmaq üçün və qütb nanoregionlarının (PNR) mövcudluğunu təsdiqlədi. yüksək rezolyusiyaya malik transmissiya elektron mikroskopiyası, kiçik ölçülü PNR-lərin SBSZN keramikasının relaksasiya ferroelektrik davranışını induksiya etmək üçün daxili olduğunu təsdiqlədi” dedi Guilin Texnologiya Universitetinin (Çin) Material Elmləri və Mühəndisliyi Kollecinin professoru Changzheng Hu. volfram-bürünc strukturlu keramikaların ferroelektrik və tribokatalitik xüsusiyyətlərinin tədqiqində.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1724102849&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-energy-storage-ultra-fast-discharge.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNy4wLjY1MzMuMTIwIl1dLDBd&dt=1724102410290&bpp=1&bdt=102&idt=129&shv=r20240814&mjsv=m202408130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724102797%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1724102797%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0%2C1519x695&nras=2&correlator=5691170689054&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=2115&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C31086226%2C95334524%2C95334828%2C95340753&oid=2&pvsid=3137977908173931&tmod=777168794&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

“Eyni zamanda, SEM tərəfindən dopinq miqdarının artması ilə taxıl ölçüsünün azaldığı müşahidə edildi və müqavimət testi ilə birlikdə taxıl ölçüsünün azalmasının müqavimətin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olduğu təsdiqləndi ki, bu da qırılma elektrik sahəsinin gücünün artması” dedi Prof. Hu.

Dielektrik xassə testləri dielektrik sabitinin və dielektrik itkisinin temperaturdan asılı olaraq tipik relaksasiya davranışını aşkar etdi. Qeyd etmək lazımdır ki, x = 3.5 keramika otaq temperaturu yaxınlığında Curie zirvəsini nümayiş etdirir ki, bu da onun davamlı kompozisiya modulyasiyasına aid edilə bilər. Bu unikal xüsusiyyət gücləndirilmiş enerji saxlama performansına əhəmiyyətli dərəcədə töhfə verir.

“Vogel-Fulcher empirik düsturunu dəyişdirilmiş Küri-Veys qanunu və Maksvell-Boltzman paylanması ilə birləşdirərək, dipol dinamikası davranışı vasitəsilə təhlil edilir ki, PNR-lərin kiçik ölçüsü sayəsində enerji maneəsini keçmək daha asan olur. dipollar arasında zəif birləşmə dipolun sürüşməsini asanlaşdırır, beləliklə, SBSZN keramikasının rahatlama davranışına gətirib çıxarır”, Prof. Hu əlavə edib.

Ferroelektrik sınaqlar zamanı bütün keramikalarda müşahidə olunan uzanmış histerezis halqaları, relaksasiya tipli ferroelektrik davranışa səbəb olan uzun mənzilli ferroelektrik nizamın pozulması ilə əlaqələndirilə bilər.

“X = 3.5 keramika otaq temperaturuna yaxın Curie temperaturu səbəbindən yüksək qütbləşməyə malikdir, PNR-lərin kiçik ölçüsü isə onlara aşağı qalıq qütbləşmə verir və beləliklə, 4.31 enerji saxlama sıxlığı əldə edərək əla enerji saxlama performansı nümayiş etdirirlər. J·sm ^{-3 və 310 kV·sm -1} qırılma sahəsinin gücündə effektivlik 93,8% təşkil edir “dedi Hu.

Müqavimətin artması və buna görə də parçalanma sahəsinin gücünün əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə nəticələnən taxıl ölçüsünün əhəmiyyətli dərəcədə azalması ilə əlaqədar olaraq , x = 4.5 keramika da əla enerji saxlama xüsusiyyətlərinə malikdir və nəticədə 5.3 J· sm yüksək enerji saxlama sıxlığı ilə nəticələnir ^– 460 kV·sm ^{-1 -də 3} və 81,5 % yüksək səmərəlilik.

“PNR-lərin ölçüsündə əhəmiyyətli fərq keramikanın iki komponenti arasında səmərəlilik fərqindən məsuldur, x = 3.5 keramika PNR ölçüləri 11 ilə 23 nm arasında, x = 4.5 keramika isə 150-yə yaxın PNR ölçülərinə malikdir. nm” dedi Hu.

^{Bundan əlavə, 400 kV·sm -1} sahə gücündə həddindən artıq sönümləmə şəraitində x = 3,5 keramika çox qısa boşalma müddətində 2,27 J·sm ^-3 -ə qədər boşalma enerjisi sıxlığı ilə əla boşalma performansı nümayiş etdirdi ( t _0,9 ~ 34 ns). Əlavə olaraq, C _D = 713,38 A·sm ^-2 və P _D = 87,51 MW·sm ^-3 ilə xarakterizə olunan əla yükləmə/boşaltma performansı 240 kV·sm ^-1 sahə gücündə yüksək sönümləmə şəraitində əldə edilmişdir . Buna görə də, bu iş hətta aşağı elektrik sahələrində yüksək performanslı enerji saxlama xüsusiyyətlərinə nail olmaq üçün dəyərli fikirlər təqdim edir.

Bununla belə, volfram-bürünc struktur keramikanın üstün enerji saxlama xassələrinin birləşməsinə nail olmaq üçün yüksək elektrik sahəsinin gücündə yüksək polarizasiya ilə aşağı qalıq polarizasiyanın birləşmə potensialını araşdırmaq lazımdır. Bununla əlaqədar Hu, həmçinin gələcək tədqiqatlar üçün bir neçə mümkün istiqamət təklif edir, o cümlədən yüksək qütbləşmə dəyərləri nümayiş etdirən polimerlər və xalkogenidlərlə kompozitlərin inkişafı.

Digər ianəçilər arasında Guilin Texnologiya Universitetinin Material Elmləri və Mühəndisliyi Kollecindən Yuejun Dan, Liupan Tang, Wenzhi Ning, Yingzhi Meng, Laijun Liu, Liang Fang daxildir.

Daha çox məlumat: Yuejun Dan et al, Volfram-bürünc keramikada gücləndirilmiş enerji saxlama performansına və ultra sürətli boşalma müddətinə nail olmaq, Qabaqcıl Seramika jurnalı (2024). DOI: 10.26599/JAC.2024.9220939

Tsinghua University Press tərəfindən təmin edilmişdir