Исследователи сказал.
«Наша работа является первым примером, показывающим, что мы можем уплотнить оксиды сегнетоэлектриков за один шаг», – сказал Косуке Цудзи, докторант кафедры материаловедения и инженерии Университета Пенсильвании и ведущий автор исследования. "Это должно открыть возможность уплотнения многих других неорганических материалов при низких температурах."
Впервые исследователи уплотнили титанат бария за один этап с помощью холодного спекания. Предыдущие попытки требовали вторичного нагрева для производства материалов с полезными диэлектрическими свойствами, заявили ученые, которые сообщили о своих выводах в Журнале Европейского керамического общества.
Спекание – это обычно используемый процесс для сжатия мелких порошков в твердую массу материала с использованием тепла и давления. Процесс холодного спекания, разработанный учеными из Пенсильванского университета, позволяет добиться этого при гораздо более низких температурах и в более короткие сроки, чем при обычном спекании.
По мнению исследователей, новая технология может снизить затраты и снизить воздействие на окружающую среду при производстве широкого спектра материалов.
Исследователи использовали новый химический состав для уплотнения титаната бария за один этап. Холодное спекание включает добавление нескольких капель жидкости в керамический порошок. Реакции между влагой, теплом и давлением создают более плотные материалы по сравнению с нагреванием при более высоких температурах без жидкости.
Предыдущие исследования холодного спекания использовали нейтральные или кислые растворы, но новое исследование включало гидроксид, щелочной материал. По словам ученых, гидроксид помог произвести титанат бария с необходимыми диэлектрическими свойствами при более низких температурах.
«Это исследование показывает, что материалы, которые ранее было трудно спекать, теперь могут быть изготовлены», – сказал Клайв Рэндалл, профессор материаловедения и инженерии Пенсильванского университета, который руководил разработкой метода холодного спекания. "Это приводит нас к мечте, что мы сможем в конечном итоге найти правильный химический состав, который позволил бы всем керамическим материалам и, возможно, даже металлическим материалам подвергаться холодному спеканию."
Титанат бария является основным соединением, используемым для производства диэлектрических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью в многослойных конденсаторах.
Из более чем 3 триллионов керамических конденсаторов, производимых ежегодно, около 90% содержат титанат бария.
«Эти устройства лежат в основе современного электронного мира», – сказал Рэндалл, который также является директором Исследовательского института материалов штата Пенсильвания. «Последствия применения этой технологии для титаната бария огромны.
Только в вашем сотовом телефоне может быть 1000 компонентов, состоящих из титаната бария. Он присутствует во всей электронике."
По мнению исследователей, снижение температуры, используемое в коммерческом производстве, будет не только более энергоэффективным, но и может открыть дверь для использования менее дорогих металлов и включения полимерных композитов в эти конденсаторы.
«Это очень привлекательно для многих ведущих производителей конденсаторов, которые все работают с этими исследователями через Центр диэлектриков и пьезоэлектриков (CDP) штата Пенсильвания», – сказал Рэндалл.