Pencetakan atom secara mekanis dalam keramik feroelektrik

Marion Höfling memeriksa kristal tunggal setelah deformasi mekanis berhasil. Kredit: Jurij Koruza

Elektrokeramik seperti kapasitor adalah komponen penting dari perangkat elektronik. Intervensi dalam struktur kristalnya dapat mengubah sifat tertentu. Jadi, misalnya, metode kimia dapat digunakan untuk mengganti atom individu dalam kisi kristal dengan atom lain. Bentuk yang stabil dapat dibuat dengan mengganti seluruh rangkaian atom alih-alih membuat satu rangkaian. Tim peneliti internasional di bawah arahan TU Darmstadt untuk pertama kalinya berhasil memasukkan dislokasi dalam keramik feroelektrik dengan mencetak atom material secara mekanis, prosedur yang hingga saat ini hanya digunakan pada logam. Penemuan ini telah dipublikasikan di Science, jurnal ternama.

Pasar dunia untuk elektroceramics mencapai 25 miliar euro setahun. Komponen yang sangat kecil ini bahkan seringkali tidak terlihat dalam kehidupan sehari-hari. Sebuah ponsel pintar saja berisi 600 kapasitor, 3 triliun (3 miliar), yang diproduksi setiap tahun. Cara kerja elektroceramik tidak didasarkan pada aliran arus yang melalui material, tetapi pada dislokasi muatan kecil, yang disebut polarisasi, pada pecahan-pecahan diameter atom. Kira-kira seperempat elektroceramics yang diproduksi di dunia menghubungkan polarisasi ini dengan perpanjangan material, yang pada gilirannya dapat disesuaikan dengan presisi dari diameter atom. Hanya dengan cara ini dimungkinkan untuk menyusun komponen dan robot mikro yang lebih kecil dan lebih kecil.

Substitusi seri atom dalam atom

Sifat elektroceramic dapat ditingkatkan dengan menggunakan intervensi kimiawi untuk mengganti atom individu dalam kisi kristal secara teratur dengan yang lain (diberkahi), mirip seperti duduk di atas kipas tunggal Borussia Dortmund dengan jersey hitam dan kuning di bioskop penuh. penggemar FC Bayern Munich dengan topi merah. Namun, bila ada persyaratan khusus, seperti suhu yang lebih tinggi atau tegangan listrik, yang diberkahi atom itu akan kehilangan tempatnya (kipas akan didorong), sehingga merusak fungsi tembikar.

Kristal unik dengan pantulan dominasi

Kristal tunggal dengan pantulan dominan saat matahari terbenam. Kredit: Marion Höfling

Pemasangan atom individu dalam kisi kristal keramik tidak cukup stabil untuk persyaratan yang rumit, tetapi pemasangan seluruh seri atom (perpindahan) dilakukan dengan baik. Dalam contoh sepak bola, ini sama dengan memiliki deretan penggemar Borussia di antara penggemar Bayern. Ilmuwan material dari tiga kelompok kerja TU Darmstadt bekerja sama dengan kelompok penelitian dari Swiss, Belanda, dan AS dalam meneliti perpindahan ini.

Atom baru, sifat baru

“Metode kimia tidak lagi cukup untuk perpindahan yang direncanakan,” jelas Profesor Jürgen Rödel, kepala kelompok penelitian bahan anorganik non-logam TU Darmstadt. Sebaliknya, para peneliti berhasil mencapai perpindahan secara mekanis. Mereka menggunakan proses di mana keramik dideformasi secara mekanis di bawah kondisi tekanan dan suhu yang terkontrol, sehingga perpindahannya dapat dicetak pada keramik. Pendekatan seperti ini sepele dengan logam, tetapi sampai sekarang hal itu dianggap tidak mungkin dengan keramik karena kekerasannya yang luar biasa. Selain itu, permukaan keramik sangat rapuh dan mudah pecah. Untuk mengatasi kendala tersebut, para ilmuwan melakukan jejak mekanis pada 1150 derajat Celsius dalam kristal tunggal dengan orientasi optimal yang telah dihitung sebelumnya.

Metode ini sekarang memungkinkan bidang yang tertata rapi dari baris atom yang baru ditempati. Seri ini mengontrol polarisasi lokal, dislokasi muatan, dalam material. Karena seri tercetak jelas membatasi polarisasi, ia tidak dapat kehilangan struktur bahkan dalam kondisi pengoperasian yang sangat tinggi. Dalam pengoperasian elektrokeramik, bidang material yang sekarang dibatasi oleh rangkaian (perpindahan) mengasumsikan perpindahan beban tertentu; melanjutkan dengan analogi sepak bola, seolah-olah penggemar Bayern condong ke depan atau ke samping dalam beberapa bagian. Karena zona material ini tidak berubah dalam kondisi tinggi, tidak ada energi yang diubah oleh gesekan internal dan perilaku material tetap stabil.

Bahan-bahan ini sekarang memungkinkan untuk memastikan sifat yang konsisten bahkan pada suhu tinggi dan dengan peningkatan penggunaan energi. Pada saat yang sama, para peneliti berurusan dengan pengurangan biaya yang diperlukan untuk menyediakan perjalanan menggunakan berbagai opsi pencetakan mekanis.

Referensi: “Pengendalian polarisasi dalam feroelektrik curah dengan jejak dislokasi mekanis” oleh 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, Jurij Koruza dan Jürgen Rödel, 28 Mei 2021, Ilmu.
DOI: 10.1126 / science.abe3810

Proyek Reinhart Koselleck

DFG telah menganugerahi “Penelitian dalam perpindahan keramik” sebagai proyek Reinhart Koselleck dengan 1,25 juta euro selama lima tahun. Program ini bertujuan untuk kebebasan khususnya yang inovatif dan, dalam arti positif, penelitian berisiko, dan karena itu menghormati ilmuwan terkenal. Ini adalah pertama kalinya Profesor Jürgen Rödel meminta dukungan DFG jenis ini untuk TU Darmstadt. Di bidang transportasi kargo yang berdekatan dan meningkatkan keandalan keramik (keramik ulet), sudah ada sejumlah publikasi tingkat tinggi dan aplikasi paten pertama untuk proyek mereka. Saat ini jumlah partner riset internasional berkembang sangat pesat dan juga termasuk tim di Inggris, China dan Jepang pada khususnya.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.