Phương pháp mới với màng mỏng mở ra triển vọng lưu trữ năng lượng không độc hại
Tác giả: Matt Shipman, Đại học Bang Bắc Carolina – Biên tập: Lisa Lock, phản biện: Robert Egan
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Bắc Carolina (NC State) đã phát triển một kỹ thuật mới giúp kiểm soát chính xác ranh giới pha trong vật liệu màng mỏng thông qua việc điều chỉnh độ dày màng. Kỹ thuật này mở ra khả năng chế tạo vật liệu lưu trữ năng lượng không độc hại.
Trong thử nghiệm minh chứng, nhóm đã sử dụng niobat natri (NaNbO₃) – một vật liệu không chứa chì – và phát hiện vật liệu này có tính chất điện môi rất hứa hẹn. Kết quả cho thấy tiềm năng tạo ra thế hệ tụ điện mới thay thế cho các công nghệ dùng vật liệu độc hại như chì.
Điểm nổi bật:
-
Tầm quan trọng của ranh giới pha: Các cấu trúc tinh thể khác nhau (pha MB và MC) cùng tồn tại trong màng mỏng, và việc điều chỉnh tỷ lệ của chúng có thể nâng cao tính chất vật liệu.
-
Đột phá kỹ thuật: Thay vì dùng hóa chất với nguyên tố độc hại hoặc dễ bay hơi, nhóm áp dụng kỹ thuật ứng suất (strain engineering) – kiểm soát ứng suất thông qua độ dày màng. Màng càng mỏng, ứng suất càng lớn, làm thay đổi tỷ lệ MB/MC.
-
Kết quả: Màng NaNbO₃ đạt độ điện thẩm (khả năng tích trữ điện tích) ngang bằng hoặc vượt trội các màng mỏng chứa chì tốt nhất. Đồng thời, tính điều chỉnh điện môi (khả năng thay đổi lượng điện tích lưu trữ dưới tác động điện trường) rất triển vọng cho các ứng dụng viễn thông và điện tử.
-
Ứng dụng tương lai: Kỹ thuật này có thể mở rộng cho nhiều hệ vật liệu không chì khác như nhóm KNN (kali natri niobat), tạo nền tảng cho các thiết bị điện môi và sắt điện thế hệ mới, an toàn và bền vững.
Nghiên cứu được công bố trên Nature Communications với tiêu đề “Strain-induced lead-free morphotropic phase boundary”, có sự hợp tác của nhiều viện nghiên cứu hàng đầu tại Mỹ, bao gồm Đại học Arkansas, Cornell, các phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Oak Ridge, Drexel, Stanford và Penn State.
