ads
ads
ads
ads
ads
МЕНЮ:
Главная Сотовая связь Софт Веб-мастеру Графика Железо Portable Игры Интернет Чудеса Науки Apache Delphi Drupal Flash Html Юмор Каталог ноутбуков FAQ
загрузка...


О железках:
iPhone XS «разрывает» AnTuTu
Xiaomi начала продавать топовую версию Mi 8 в белом корпусе
Apple заработала на продаже смартфонов больше, чем все остальные, вместе взятые
Представлен защищенный музыкальный смартфон AGM H1
Xiaomi предлагает купить сеты своих флагманов по цене новых iPhone
Топ новостей
О софте:
"Лунная деревня" приобретает очертания
BASSLET — гаджет любителей клубов
Хакеры способны взломать кардиостимуляторы
Новосибирские физики построят коллайдер
Китай изучит гравитационные волны


Age Of Comp » Чудеса Науки » Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания Пока нефтегазовые компании тратят огромное количество сил и ресурсов на разведку и разработку новых месторождений ископаемого топлива, ученые работают над другой стороной «энергетического вопроса»: хранение и доставка электроэнергии в экстремальных условиях. Сегодня на рынке Ageofcomp.infoов питания доминируют аккумуляторные батареи, но у них есть альтернатива — конденсаторы, которые обладают перед аккумуляторами рядом преимуществ: легкие, быстрый цикл зарядки-разрядки, не теряют емкость со временем.

Для обеспечения корректного функционирования, при создании конденсатора необходимо использовать диэлектрические материалы, которые ведут себя, по сути, как изоляторы, и обеспечивают хранение заряда. Полимерные диэлектрики имеют больший КПД по сравнению с классическими материалами и могут работать в условиях более интенсивных электрических полей без пробоев, что обеспечивает большую надежность изделия.

Сейчас основным недостатком современных конденсаторов является их неспособность работать в условиях высоких температур, что не соответствует требованиям сферы их возможного применения (экстремальные условия). Однако, разработанный композитный полимер лишен этих недостатков и имеет более широкий, чем ранее применяемые материалы, спектр использования. Материал был получен учеными путем соединения частиц традиционного полимера с нанолистами гексагонального нитрида бора.

Новый материал (названный BCB/BNNS) можно успешно использовать как диэлектрик, способный более эффективно предотвращать утечку тока и обладающий стабильной диэлектрической проницаемостью. Материал состоит из бензол-циклобутана, соединенного с нанолистами нитрида бора. По своей структуре используемый учеными нитрид бора похож на графеновые листы толщиной в один атом. Полученный материал обладает превосходными свойствами по сравнению с ранее имевшимися.

Однако, исследователи не являются первооткрывателями. Свойства гексагонального нитрида бора как диэлектрика были известны ранее. Например, в 2010 году, по итогам совместного исследования ученых из университетов в Хьюстоне, Токио и Красноярске, была опубликована работа, в которой нитрид бора рассматривался в соединении с графеном как альтернатива кремнию в микроэлектронике.

Для проверки диэлектрических свойств, команда ученых сравнила полученный ими полимер с другими, лучшими из существующих сегодня диэлектриками на рынке. Первым тестом для BCB/BNNS был тест на диэлектрическую проницаемость при частоте переменного тока в 104 ГЦ и температуре до 300 °C.

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания
График зависимости диэлектрической проницаемости (для вакуума = 1) материалов при различных температурах.

Как видно на графике, в отличие от других материалов, диэлектрические свойства BCB/BNNS остаются практически неизменными (изменение ?r — относительной диэлектрической проницаемости при температуре 300 °C, составляет всего 1,7% против 8% для лучшего из используемого сейчас диэлектрика). Испытания проводились и с использованием постоянного тока, в ходе которых ученые получили такие же результаты.

При использовании диэлектрика как изоляционного материала важно исключить потери энергии. Для BCB/BNNS коэффициент рассеяния не изменяется с ростом температуры окружающей среды. Но новый полимер не идеален: потери от рассеивания увеличиваются с 0,09% до 0,13% при повышении температуры от 25 до 300 °C. Схожие характеристики имеет всего один материал, когда все прочие теряют намного больше заряда с ростом температуры.

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания
График изменения коэффициента рассеяния с ростом температуры.

Исследователи также протестировали новый материал в цикле зарядки-разрядки конденсатора и измерили плотность тока при разрядке.

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания
Плотность тока при разрядке при температуре 200 °C

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания
Эффективность цикла зарядки-разрядки при температуре 200 °C

Полученные результаты можно считать превосходными, так как для полимерных диэлектриков крайне важно удерживать заряд при высоких температурах. При росте утечки тока с повышением температуры снижается эффективность цикла зарядки-разрядки и происходит выделение тепла внутри самого конденсатора, что снижает его параметры и срок службы.

Большинство отказов конденсатора происходит из-за его перегрева и выхода из строя всей конструкции (взрыв и многим знакомое «вздутие» конденсатора). В некоторых случаях повышение температуры конструкции приводит к так называемому тепловому пробою. Несмотря на наличие эффективных диэлектриков, многие из них обладают плохой теплопроводностью, что приводит к аккумулированию тепла внутри конденсатора, что, в свою очередь, повышает риск теплового пробоя. Новый материал имеет имеет коэффициент теплопроводности в диапазоне от 300 до 2000 Вт/(м·K).

Использование нового полимера на основе нитрида бора может расширить сферу применения конденсаторов в качестве элементов питания
Тепловой рисунок различных материалов в ходе эксплуатации в сравнении с BCB/BNNS

Полимер BCB/BNNS имеет коэффициент теплопроводности от 300 до 2000 Вт/(м·K). Столь большой диапазон значений коэффициента теплопроводности говорит нам о том, что этот полимер может использоваться, в том числе, и как радиаторный материал в качестве пассивного охлаждения элементов в электронике.

Потенциально BCB/BNNS может применяться и в гибкой электронике будущего, так как он не теряет и не изменяет своих свойств при механическом воздействии (изгибе, скручивании и т.п.), в том числе и при механическом воздействии при высоких температурах (до 250 °C).

Ранее другая группа ученых из Университета Райса рассматривала нитрид бора и в качестве антикоррозийного материала, который предлагалось напылять методом химического парофазного осаждения слоем толщиной в несколько атомов, который защищал от окисления материалы при температуре вплоть до 1100 °C.

via ArsTechnica


Нравится пост? Жми: