Nuacht Tionscail

Tá Ceallraí Nua 10 n-uaire níos cumhachtaí ná an úrscothacht, solúbtha agus in-athluchtaithe

2021-06-16
TOPICS:
Teicneolaíocht Ceallraí, Nanaitheicneolaíocht, UCSD, Ceallraí In-athluchtaithe
Le OLLSCOIL NA CALIFORNIA - SAN DIEGO NOLLAIG 7, 2020



D'éirigh leis na cadhnraí córas taispeána solúbtha a thiomáint le micrea-rialtóir agus modúil Bluetooth. Anseo freisin d'fheidhmigh an ceallraí níos fearr ná na cealla mona Li atá ar fáil go tráchtála. Creidmheas: Ollscoil California San Diego

D’fhorbair foireann taighdeoirí cadhnra ocsaíd-sinc airgid solúbtha, in-athluchtaithe le dlús fuinnimh ó chúig go 10 n-uaire níos mó ná an úrscothacht. Tá sé níos éasca an ceallraí a mhonarú freisin; cé gur gá an chuid is mó de na cadhnraí solúbtha a mhonarú i ndálaí steiriúla, faoi fholús, is féidir an ceann seo a phriontáil ar scáileán i ngnáthdhálaí saotharlainne. Is féidir an gléas a úsáid i leictreonaic solúbtha, sínte le haghaidh wearables chomh maith le róbataic bhog.

Sonraíonn an fhoireann, ar a bhfuil taighdeoirí in Ollscoil California San Diego agus an chuideachta ZPower atá lonnaithe i California, a gcuid torthaí san eagrán 7 Nollaig, 2020, den iris Joule.

“Is féidir ár gcadhnraí a dhearadh timpeall ar leictreonaic, in ionad leictreonaic is gá a dhearadh timpeall ar chadhnraí,” a dúirt Lu Yin, duine de chomh-údair an pháipéir agus Ph.D. mac léinn i ngrúpa taighde an nana-innealtóireachta UC San Diego, an tOllamh Joseph Wang.

Is é toilleadh an cheantair don cheallraí nuálach seo 50 milliméadar in aghaidh an ceintiméadar cearnach ag teocht an tseomra - tá sé seo 10-20 uair níos mó ná toilleadh ceantair na gceallraí ian Litiam tipiciúil. Mar sin, don limistéar dromchla céanna, is féidir leis an gceallraí a thuairiscítear i Joule 5 go 10 n-uaire níos mó cumhachta a sholáthar.

“Ní bhfuarthas an cineál acmhainne ceantair seo riamh roimhe seo, â € Yinsaid. “Tá ár modh déantúsaíochta inacmhainne agus inscálaithe.â €



Is é toilleadh an cheantair don cheallraí nuálach seo 50 milliméadar in aghaidh an ceintiméadar cearnach ag teocht an tseomra - tá sé seo 10-20 uair níos mó ná toilleadh ceantair na gceallraí ian Litiam tipiciúil. Mar sin, don limistéar dromchla céanna, is féidir leis an gceallraí a thuairiscítear i Joule 5 go 10 n-uaire níos mó cumhachta a sholáthar. Creidmheas: Ollscoil California San Diego

Tá cumas níos airde ag an gceallraí nua ná aon cheann de na cadhnraí solúbtha atá ar fáil ar an margadh faoi láthair. Sin toisc go bhfuil impedance i bhfad níos ísle ag an gceallraí - friotaíocht ciorcad nó feiste leictreach le sruth malartach. Dá ísle an impedance, is amhlaidh is fearr feidhmíocht na ceallraí i gcoinne urscaoilte ard srutha.

“Mar a fhásann an margadh 5G agus Internet of Things (IoT) go gasta, is dóigh go mbeidh an ceallraí seo a dhéanann feidhmíocht níos fearr ná táirgí tráchtála i bhfeistí gan sreang ard reatha mar phríomh-iomaitheoir mar fhoinse cumhachta na chéad ghlúine eile do leictreonaic tomhaltóra, â € arsa Jonathan Scharf comhúdar an pháipéir agus Ph.D. iarrthóir i ngrúpa taighde an nana-innealtóireachta UC San Diego, an tOllamh Ying Shirley Meng.

D'éirigh leis na cadhnraí córas taispeána solúbtha a thiomáint le micrea-rialtóir agus modúil Bluetooth. Anseo freisin d'fheidhmigh an ceallraí níos fearr ná na cealla mona Li atá ar fáil go tráchtála.

Rinneadh na cealla ceallraí clóite a athluchtú ar feadh níos mó ná 80 timthriall, gan aon chomharthaí móra de chaillteanas acmhainne a thaispeáint. D'fhan na cealla feidhmiúla freisin in ainneoin lúbadh agus casadh arís agus arís eile.

“Ba é ár bpríomhfhócas feidhmíocht ceallraí agus an próiseas monaraíochta a fheabhsú,” a dúirt Ying Shirley Meng, stiúrthóir Institiúid UC San Diego um Fhionnachtain agus Dearadh Ábhar agus duine de na húdair chomhfhreagracha sa pháipéar.

Chun an ceallraí a chruthú, d’úsáid na taighdeoirí dearadh catóide dílseánaigh agus ceimic ó ZPower. Chuir Wang agus a fhoireann a gcuid saineolais ar bhraiteoirí inphriontáilte, sínte agus cadhnraí sínte. Chuir Meng agus a comhghleacaithe a gcuid saineolais ar fáil maidir le hard-tréithriú do chórais stórála fuinnimh leictriceimiceach agus bhí siad mar thréith ag gach atriall den fhréamhshamhail ceallraí go dtí gur shroich sé buaicfheidhmíocht.

An t-oideas chun feidhmíocht níos fearr

Tá dlús fuinnimh eisceachtúil na ceallraí mar gheall ar a cheimic ocsaíd-since, (AgO-Zn) airgid. Úsáideann an chuid is mó de na cadhnraí solúbtha tráchtála ceimic Ag2O-Zn. Mar thoradh air sin, de ghnáth bíonn saolré rothaíochta teoranta acu agus bíonn cumas íseal acu. Cuireann sé seo teorainn lena n-úsáid go leictreonaic indiúscartha ísealchumhachta.

Go traidisiúnta meastar go bhfuil AgO éagobhsaí. Ach tá ábhar catóide AgO ZPower ag brath ar sciath ocsaíd luaidhe dílseánaigh chun cobhsaíocht agus seoltacht leictriceimiceach AgO a fheabhsú.

Mar shochar breise, tá an cheimic AgO-Zn freagrach as impedance íseal na ceallraí. Tá seoltacht den scoth ag bailitheoirí reatha clóite na ceallraí freisin, rud a chabhraíonn le bac níos ísle a bhaint amach.

Déantúsaíocht fheabhsaithe

Ach níor úsáideadh AgO riamh i gceallraí scáileán-phriontáilte roimhe seo, toisc go bhfuil sé an-ocsaídiúcháin agus go ndéanann sé díghrádú go ceimiceach go tapa. Trí thuaslagóirí agus ceangailí éagsúla a thástáil, bhí taighdeoirí i saotharlann Wang ag UC San Diego in ann foirmliú dúch a fháil a fhágann go mbeidh AgO inmharthana le haghaidh priontála. Mar thoradh air sin, ní féidir an ceallraí a phriontáil i gceann cúpla soicind ach amháin nuair a ullmhaítear na dúigh. Tá sé tirim agus réidh le húsáid i díreach nóiméad. D’fhéadfaí an ceallraí a phriontáil freisin i bpróiseas rolla-go-rolla, a mhéadódh an luas agus a dhéanfadh déantúsaíocht inscálaithe.

Déantar na cadhnraí a phriontáil ar scannán polaiméir atá seasmhach go ceimiceach, leaisteach, agus a bhfuil leáphointe ard aige (thart ar 200 céim C nó 400 céim Fahrenheit) ar féidir é a shéalú le teas. Is éard atá i mbailitheoirí reatha, an anóid since, an catóide AgO agus na deighilteoirí comhfhreagracha ná ciseal cruachta scáileáin-phriontáilte.

Tá an fhoireann ag obair cheana féin ar an gcéad ghlúin eile den cheallraí, agus é mar aidhm acu feistí luchtaithe níos saoire agus níos gasta le bac níos ísle fós a d’úsáidfí i bhfeistí 5G agus róbataic bhog a éilíonn tosca ardchumhachta agus inoiriúnaithe agus solúbtha.

Tagairt: â € œCeata In-mhuirearaithe AgO-Zn Priontáilte Feidhmíochta le haghaidh Leictreonaic Solúbthaâ € le Lu Yin, Jonathan Scharf, Jessica Ma, Jean-Marie Doux, Christopher Redquest, Viet L. Le, Yijie Yin, Jeff Ortega, Xia Wei, Joseph Wang agus Ying Shirley Meng, 7 Nollaig 2020, Joule.
DOI: 10.1016 / j.joule.2020.11.008