Uma abordagem para melhorar relaxantes para dispositivos de armazenamento de energia

Aug 14, 2023

Recurso de 26 de julho de 2023

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Ferroelétricos relaxantes são materiais com propriedades ferroelétricas e alta eletrostrição (ou seja, a capacidade de contrair ou deformar em resposta a campos elétricos). Esses materiais podem ser usados ​​para criar dispositivos de armazenamento de energia altamente eficientes, como capacitores.

Capacitores são componentes eletrônicos essenciais compostos por dois condutores elétricos com uma determinada distância entre eles. Esses componentes podem armazenar carga elétrica temporariamente, reduzindo o ruído transmitido por circuitos integrados (CIs) individuais e melhorando assim o desempenho geral da eletrônica.

Pesquisadores da Universidade de Tsinghua e de outros institutos na China introduziram recentemente uma nova estratégia para projetar ferroelétricos relaxantes eficazes para dispositivos de armazenamento de energia. Seu artigo, apresentado na Nature Energy, sugere o uso da chamada entropia configuracional para avaliar a falta de homogeneidade local da composição de um relaxante.

"Os ferroelétricos Relaxor são os principais candidatos para capacitores dielétricos de armazenamento de energia de alto desempenho", escreveram Bingbing Yang, Qinghua Zhang e seus pesquisadores em seu artigo. "Uma abordagem comum para ajustar as propriedades dos relaxantes é regular a heterogeneidade composicional local, mas falta uma forma de avaliação quantitativa para a flutuação composicional em relaxantes. Aqui propomos a entropia configuracional como um índice para a avaliação quantitativa da heterogeneidade composicional local. "

Alguns estudos recentes tentaram melhorar o armazenamento de energia de capacitores utilizando relaxantes com uma única composição de alta entropia. Como parte de seu estudo, Yang, Zhang e seus colegas começaram a explorar a ligação entre as características dos ferroelétricos relaxantes e a entropia em maior profundidade. Eles descobriram que à medida que a entropia dos relaxantes aumenta, a falta de homogeneidade local aumenta, o que por sua vez afeta as características dos materiais.

“Nossos resultados revelam que a falta de homogeneidade local aumenta com a entropia por meio da microscopia eletrônica de transmissão de varredura, e as características relaxantes são moduladas de acordo”, escreveram Yang, Zhang e seus colegas em seu artigo. "Com o projeto deliberado de entropia, alcançamos um desempenho geral ideal de armazenamento de energia em filmes de média entropia baseados em Bi4Ti3O12, apresentando uma alta densidade de energia de 178,1 J cm-3 com eficiência superior a 80% e um alto valor de mérito de 913. "

Os resultados recolhidos por Yang, Zhang e seus colegas demonstram que as características dos materiais ferroelétricos relaxantes são dependentes da entropia, particularmente da entropia configuracional. Essa entropia pode ser facilmente calculada usando as composições de um material como índice preditivo.