Enerji Depolama Çözümü Polimerler Nanosetler ile Birleşiyor
Penn State bilim adamlarının ekibine göre, esnek elektronikler, elektrikli araçlar ve havacılık uygulamalarında enerji depolaması için yeni, hafif kompozit malzeme mevcut ticari polimerlerin işleme sıcaklığında deneysel olarak gösterildi. Bu polimer bazlı, ultra ince malzeme endüstride kullanılan tekniklerle üretilebilir.
Penn State Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Qing Wang “Bu kondansatörlerde kullanmak için yüksek sıcaklıktaki dielektrikler üzerine kendi laboratuvarımızda yaptığımız bir dizi çalışmanın parçasıdır.”dedi. “Öncelikle bu çalışma için bor nitrür nanosetleri ve elektrik polimerlerinin kompozitlerini geliştirdik.”
Ölçeklenebilirlik -veya cihazlar için ticari olarak uygun miktarlarda ileri malzeme yapmak- akademik laboratuvarlarda geliştirilen bir çok yeni, iki boyutlu malzeme için zordur.
Wang “Yumuşak malzemelerin perspektifinden, 2D malzemeler büyüleyicidir fakat onları nasıl kütlede üretir bir sorundur.” dedi. “Ek olarak, onları polimerik malzemelerle birleştirmek gelecekte esnek elektronik uygulamalar ve elektronik cihazlar için kilit bir özelliktir.”
İki boyutlu kristallerde bu problemi çözmek için, Wang’ın laboratuvarı bir grup Penn State çalışanıyla iş birliği yaptı. Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Doçenti ve Penn State’s Center’da İki Boyutlu ve Katmanlı Malzemeler için öğretim üyesi Nasim Alem “Bu çalışma mezun öğrencim Amin Azizi ve Dr. Wang’ın mezun öğrencisi Metthew Gandinski arasındaki konuşmada tasarlanmış.” dedi. “Bu, yumuşak polimerik bir malzeme ve sert bir 2D kristal malzemenin bir araya gelerek fonksiyonel bir elektrik cihaz oluşturmak için ilk sağlam deneydir.”
Azizi, şu an California Üniversitesi’nde doktora sonrası öğretim üyesi-Berkeley ve Gadinski, şu an DOW Chemical’da yüksek mühendis olarak çok tabakalı, altıgen bor nitrür nanokristal filmler ve polietherimid (PEI) filminin her iki tarafına aktaran film yapmak için kimyasal buhar biriktirme yöntemi kullanılan bir teknik geliştirdi. Daha sonra filmler üç tabakalı bir sandviç yapıya basınç kullanarak birleştirildi.
Araştırmacılar için şaşırtıcı bir sonuç, yalnızca basınç, herhangi bir kimyasal bağ olmadan, yüksek verimli bir yuvarlanma sürecinde potansiyel üretmek için serbestçe ayakta duran film gücü yeterliydi. Sonuçlar Advanced Materials dergisinin son sayısındaki bir makalede bildirildi”Ölçeklenebilir Yüksek-Sıcaklık Dielektrik Malzemeleri Gibi Kimyasal Buhar ile Çöktürülen Altıgen Bor Nitrürleri ile Sandviçlenen Yüksek Performanslı Polimerler”
Altıgen bor nitrür,yüksek mekanik dayanıklılık ile geniş bir bant aralığı malzemesidir. Diğer polimer kapasitörlerde arızanın nedeni; geniş bant aralığı onu iyi bir yalıtkan yapar ve yüksek sıcaklıklarda dielektrik bozulmadan PEI filmi korur. 176 °F çalışma sıcaklığının üstünde, en iyi ticari polimer verimliliği azalmaya başlar fakat bor nitrür kaplı PEI 392 °F üzerinde yüksek verimle çalışabilir. Yüksek sıcaklıklara rağmen, kaplanmış PEI teste 55,000’in üzerindeki şarj-boşalma döngüsünde kararlı kalır.
Wang “Teorik olarak, bütün yüksek performanslı polimerler (ticari olarak değerli olan) şarj enjeksiyonunu nloke etmek için bor nanosetleri ile kaplanabilir.” dedi. “Bence,bu teknolojinin gelecekte ticarileşmesini bu mümkün hale getirecek.”
Alem ekledi “Laboratuvar ölçeğinde 2D kristal ile yapılan birçok cihaz var, fakat hataları, üretim için onları, problem hale getiriyor. Bor nitrür gibi geniş bant aralıklı maddeler ile ideal olmayan küçük mikroyapısal özelliklere rağmen bu iyi bir iş olur.”
İlk kural hesaplamaları, PEI/altıgen bor nitrür yapısının ara yüzeyinde kurulmuş elektron bariyerinin ve yapıya metal elektrodlar yapıştırmak için uygulanarak, akım tipik metal elektrot-dielektrik polimer etkileşimlerinde önemli ölçüde daha yüksektir; bu da elektroda film içine enjekte edilen yüklerin daha zor olmasını sağlar. Bu çalışma; Long-Qing Chen’in teorik araştırma grubu, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Donald W. Hamer, Mühendislik Bilimi ve Mekaniniği Profesörü ve Matematikçi Penn State tarafından yapıldı.
Kaynak : sciencedaily.com
