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研讨电子的运动能否发明更好的电容器?

来自北卡罗来纳州立大学的科学家开发了一种核算模型,协助用户了解资料纳米结构的改变怎么影响其导电性,意图是为各种电子产品的新储能设备开发供给信息。具体地说,研讨人员专心于制作电容器的资料,这是一种用于从智能手机到卫星的各种储能设备。研讨的通讯作者、北卡罗来纳州立大学资料科学与工程副教授道格·欧文说:

你或许会在日常日子中运用不计其数的电容器,不论你知不知道,电容器的资料会影响其功能。因而研讨人员着手开发一个模型,以了解资料的结构特征是怎么影响资料导电性的。值得一提的是,这个模型一起调查多个空间标准,捕捉从设备标准到纳米标准正在产生的全部。例如,该模型着眼于缺点和晶界之类的东西,缺点是资料结构中缺失的原子。

或者是在结构中发现‘过错’原子的当地,其研讨成果宣布在《使用物理》期刊上。晶界是不同晶体结构彼此奇形怪状的当地,研讨模型着眼于缺点和晶界等东西是怎么影响电子在资猜中的存在和运动。因为一种资料的不同加工方法,可以操控缺点和晶界等物质的存在和散布,该模型为咱们供给了可用于规划资料以满意特定使用需求的见地。

换言之,该模型可以协助咱们将未来电容器的本钱保持在较低水平,一起保证它们可以很好地作业并长期运用。研讨开展了一个宏正则多标准空间电荷模型来研讨和猜测具有杂乱缺点化学多晶钙钛矿的电学性质。该模型结合了混合交流相关泛函理论核算的准确数据与电场及其与缺点再散布和再电离的耦合:在整个晶粒中的有限元模仿。

使用该模型模仿了多晶受主掺杂钛酸锶的氧分压相关电导率随晶粒尺度的改变规则,并与以往的试验成果进行了比较。研讨标明,当晶粒尺度从微米级减小到纳米级时,试验调查到的n-p交叉点的离子电导率消失和氧分压前移的现象,被该模型成功地再现和解说。从力学上讲,电导率的改变源于电荷从晶界核转移到晶粒内部,在晶界核邻近构成一个空间电荷层,打乱了局域缺点化学。

研讨讨论了晶粒尺度对电导率的影响以及晶粒间潜在的缺点化学。除了研讨的发现之外,该模型自身还可以探究具有杂乱缺点化学多晶半导体体系的电呼应,这对未来电子元件的规划至关重要。

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