پژوهش گران علم مواد در دانشگاه پن استيت از بالاترين قدرت شكست شناخته شده براي شيشه ي حجيم كه تاكنون اندازه گرفته شده است، خبر دادند. قدرت شكست همراه با ثابت دي الكتريك معين مي كنند چه مقدار انرژي مي تواند در يك ماده ي عايقي قبل از وقوع شكست و هدايت الكتريسيته، ذخيره شود.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، يك شيشه ي حجيم با قدرت شكست بالا و ثابت دي الكتريك بزرگ مي تواند گزينه اي ايده آل براي نسل بعدي خازن هاي داراي توانايي ذخيره ي چگالي انرژي بالا باشد تا خودروهاي الكتريكي كارآمدتر را همانند ساير لوازم قابل حمل تغذيه كند.

بالاترين قدرت شكست عايقي براي شيشه هاي حجيم معمولا در محدوده ي 4 تا 9 مگاولت بر سانتي متر است. قدرت شكست براي نمونه هاي آزمايش شده در محدوده ي 12 مگاولت بر سانتي متر بود كه همراه با گذردهي نسبي بالا، در مقايسه با چگالي انرژي 10 ژول بر سانتي متر مكعب براي پلي پروپلن (متداول ترين عايق در لوازم با تغذيه ي ضربه اي) منجر به چگالي انرژي 35 ژول بر سانتي متر مكعب شد.

نيك اسميت، دانشجوي دكتراي علوم مواد و مهندسي در پن استيت، گفت: "براي يك شيشه ي حجيم، اين امر غيرعادي است." اسميت از نمونه هاي شيشه ي تجاري به ضخامت 50 ميكرون استفاده كرد كه اسميت آن ها را براي آزمايش در اسيد هيدروفلوريك قرار داد تا زماني كه نمونه ها به ضخامت 10 تا 20 ميكرون رسيدند. شيشه ي به دست آمده بسيار نازك بود و مانند يك تكه فيلم پلاستيكي قابل انعطاف بود. با اين ميزان حساسيت اين شيشه مي تواند در اثر بد به كار بردن، خرد شود. هر چه اين شيشه نازك تر باشد قبل از اين كه دچار شكست شود ميدان الكتريكي بيشتري مي توان به آن اعمال كرد.

شيشه ي خورده شده توسط اسيد، براي آزمايش در يك سيال پليمر قرار داده شد و ولتاژهايي تا 30000 ولت به آن اعمال شد. زماني كه به نقطه ي شكست رسيد، الكتريسيته بطور ناگهاني همراه با درخشش و صداي بلند در شيشه جريان يافت كه مانند صاعقه اي بود كه در هوا هدايت مي شود. سيال پليمر براي جلوگيري از صاعقه به كار رفت. در هر مورد، شكست در حدود 40 تا 80 ثانيه رخ داد.

شيشه ي حجيم در يك شيشه ي بوروآلومينوسيليكيت باريم عاري از قليايي آزمايش شد كه به صورت انبوه براي صفحه نمايش هاي تخت و بسته بندي ميكروالكترونيكي توليد مي شود. توانايي ذخيره ي انرژي بالاي آن به اتم هاي باريم با توانايي قطبي شدن بالا بستگي دارد كه منجر به بهبود ثابت دي الكتريك و توليد تركيبي عاري از قليا مي شود كه مانع تلف شدن انرژي مي گردد. شاخص ديگر نيز كيفيت تقريبا بدون كاستي شيشه است. اين فرآيند ويژه كه براي توليد اين شيشه به كار رفت منجر به توليد ماده اي بي نقص تر شد كه به ويژه بر روي سطح، مقاومت در برابر شكست را بهبود مي بخشد. ورق هاي با ضخامت 30 ميكرون از شيشه كه انتظار مي رود در آينده ي نزديك به بازار عرضه شود، احتمالا قدرت شكست بالاتري نسبت به شيشه ي خورده شده توسط اسيد خواهند داشت. اسميت گفت: "اين امر بازار جديدي را به روي شيشه خواهد گشود. ما همواره به دنبال سودمندي هاي جديدي در شيشه هستيم. به طور ايده آل، توليد تبديل به يك هدف خواهد شد جايي كه مي توان ورق را در هر اندازه براي خازن در هر اندازه اي ساخت."

مايكل لاناگان، از نويسندگان اين گزارش، اشاره مي كند كه چالش هاي مهندسي با افزايش مقياس از خازن هاي كوچك آزمايشي تا مدل هاي آماده ي توليد تجاري باقي مي مانند. لاناگان گفت: "با افزايش حجم مقداري از چگالي انرژي از بين مي رود."

علاوه بر اسميت، ساير نويسندگان شامل بدري رانگاراجان، دانشجوي فارغ التحصيل علوم مهندسي و مكانيك، مايكل لاناگان، استاديار علوم مهندسي و مكانيك و كارلو جي پانتانو، استاد برجسته ي علوم مواد و مهندسي، مي شود.

اين پژوهش از طرف اداره ي پژوهشي نيروي دريايي، موسسه ي پژوهش مواد دانشگاه پنسيلوانيا، انجمن علوم ملي، مركز فن آوري هاي اپتيكي و علوم مواد Bayer حمايت شد.

لینک دائمی | نسخه مناسب چاپ | ارسال لينك اين صفحه به دوستان |