Mednarodna skupina pod slovensko-nemškim vodstvom z odkritjem na področju pametnih materialov
Darmstadt, 31. maja - Raziskovalci na Oddelku za raziskave materialov Tehnične Univerze v Darmstadtu so pod vodstvom Jürgena Rödela in Jurija Koruze razvili nov način modificiranja feroelektričnih materialov, uporabljenih pri izdelavi kondenzatorjev, senzorjev in aktuatorjev. Njihovo odkritje je bilo konec preteklega tedna predstavljeno tudi v znanstveni reviji Science.
Nemčija, Darmstadt.
Glavni avtorji objave v reviji Science Jurgen Rodel, Marion Hofling, Jurij Koruza.
Foto: Univerza v Darmstadtu
Razvoj novih naprednih materialov je po besedah Jurija Koruze eden izmed večjih faktorjev družbeno-tehnoloških izzivov 21. stoletja. Osrčje številnih elektronskih komponent predstavlja elektronska keramika, ki omogoča delovanje pametnih telefonov, računalnikov, mikrorobotov, različnih senzorjev in medicinskih naprav. Svetovni trg elektrokeramičnih materialov strmo raste že več let prav zaradi povečane potrebe po dotičnih tehnologijah in vse večjem obsegu digitalizacije.
Posebno skupino elektronske keramike predstavljajo feroelektrični in piezoelektrični materiali, ki imajo poleg visoke dielektričnosti, pomembne za kondenzatorje, tudi sposobnost pretvorbe električnih signalov v mehanske in obratno. Ta lastnost jih dela nepogrešljive pri proizvodnji senzorjev, piezomotorjev in elektro-mehanskih pretvornikov.
Pred uporabo v elektronskih komponentah se feroelektrični materiali navadno modificirajo z dodajanjem majhnih količin različnih ionov, ki se vgradijo na točno določena mesta v kristalni strukturi teh materialov s postopkom imenovanim dopiranje. Ti točkovni defekti omogočajo ciljno spreminjanje električnih in ostalih lastnosti dotičnih materialov. A ta postopek ima številne omejitve, lastnosti feroelektrikov lahko spremenijo samo do določene meje, poleg tega so vgrajeni točkovni defekti mnogokrat nestabilni pri povišanih temperaturah.
Raziskovalna skupina pod vodstvom Koruze in Rödela je kot odgovor na te pomanjkljivosti razvila novo metodo modificiranja, s katero so v strukturo feroelektričnih materialov namesto točkastih vgradili linijske defekte oziroma dislokacije. Slednji so bolj učinkoviti in stabilni, s postopkom je raziskovalcem uspelo doseči približno petkrat boljše dielektrične in 19-krat boljše piezoelektrične lastnosti. Linijski defekti so poleg tega tudi precej bolj stabilni pri povišani temperaturi ali cikliranju, kar je ključnega pomena za zgoraj omenjena polja aplikacije in uporabe.
Feroelektriki, ciljno modificirani z linijskimi defekti se bodo lahko v prihodnosti uporabili za izdelavo sposobnejših kondenzatorjev, senzorjev in aktuatorejv, ki bodo zaradi izboljšanih lastnosti lahko še manjši in sposobni delovanja v širšem temperaturnem območju.
V raziskavi so poleg Jurija Koruze, Marion Höfling in Jürgena Rödela sodelovale še druge skupine iz Nemčije, Švice, Združenih držav Amerike in Nizozemske. Članek v publikaciji Science je dostopen na povezavi sta.si/qUq2KT.