Сверхтонкий диэлектрик выдерживает температуру свыше 200 градусов

Легкий и сверхтонкий полимерный материал для хранения энергии в гибкой электронике, электромобилях и летательных аппаратах создан в Университете Пенсильвании.

«Это одно из проведенного нами ряда исследований с высокотемпературными диэлектриками для конденсаторов, — сказал профессор Цин Ван. — Ранее мы разработали композиционный материал из нанолистов нитрида бора и диэлектрических полимеров, но поняли, что есть существенные проблемы с экономичным масштабированием этого материала».

Производство материалов в промышленных масштабах часто становится проблемой, определяющей дальнейшую судьбу новых двумерных материалов. С одной стороны, они обладают уникальными свойствами, но с другой — их невыгодно производить.

Для решения этой проблемы лаборатория профессора Вана использовала двумерные кристаллы. «Это первый серьезный эксперимент, в котором мягкий полимерный материал и жесткий двумерный кристалл объединились, чтобы создать функциональное диэлектрическое устройство».

При помощи технологии химического осаждения из паровой фазы ученые создали многослойные гексагональные нанокристаллические пленки из нитрида бора, нанесли их на обе стороны полиуретановой пленки и скрепили под давлением в трехслойный «сэндвич». В результате оказалось, что одного только давления достаточно для изготовления прочной пленки, которую можно производить по высокоэффективной рулонной технологии.

Гексагональный нитрид бора — это материал с широкой энергетической зоной и высокой механической прочностью. Он может быть хорошим изолятором и защищает полиуретановую пленку от пробоя диэлектрика при высоких температурах, что обычно приводит к выходу из строя других полимерных конденсаторов. При температурах выше 80 градусов Цельсия лучшие из коммерчески доступных полимеров начинают терять эффективность, но изобретение ученых Пенсильвании способно работать при 200 градусах и выше, сохраняя стабильность в 55 000 циклов заряда/разряда, пишетPhys.org.

«Теоретически, — говорит профессор Ван, — все высокопроизводительные полимеры, которые производятся в промышленных масштабах, могут быть покрыты нанолистами бора, блокирующими заряд. Думаю, в будущем это позволит коммерциализировать нашу технологию».

Источник