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发现铁电疲劳全貌有助于延长电子设备寿命和环保

Australians don't recycle old electronic devices, fearing they'll lose valuable data. Source: (AAP)

每年,全球填埋的失效电子设备达数千万吨,发现铁电疲劳全貌的新研究可能会让改善这一问题成为可能。

最近,悉尼大学的研究人员在材料科学领域取得了一项重大发现,首次用先进的显微镜观察到了铁电材料疲劳发生的全貌。这一基础研究发现或将为延长电子设备的寿命以及环境保护指明一个方向。

铁电材料被用于许多设备,包括存储器、电容器和传感器等。这些设备通常用于普通消费产品和工业仪器,如计算机、医疗超声设备和水下声纳。

随着时间的推移,铁电材料受到反复的机械和电气负载,导致其功能逐渐下降,最终导致失效。这个过程被称为“铁电疲劳(Ferroelectric fatigue)”。铁电疲劳是一系列电子设备失效的主要原因。

利用先进的原位透射电子显微镜,悉尼大学航空机械动力学院的研究人员观察到了铁电疲劳的发生全貌。这项技术使用先进的显微镜实时“观察”到纳米级和原子级的情况。

悉尼大学航空机械动力学院研究助理Qianwei Huang博士是该发现的首席研究员。

Huang博士告诉SBS中文,所研究材料的晶格常数大概在0.4纳米范围,原子级比纳米级更小,而观察到纳米级铁电疲劳全貌将给生产和制造带来启发,有助于更好地指导未来铁电纳米设备的设计。

她说:“先进的显微镜观察到,随着施加电场周数增加之后,在材料所谓“界面”(不同材料分界处或同一材料不同结构的分界处)的地方开始累积电荷,这些电荷会诱发铁电疲劳的发生。”

“在生产中可以引入一些步骤把这些多余的电荷去掉。”

共同作者、同样来自悉尼大学纳米研究所的Xiaozhou Liao教授说:“我们的发现是一个重要的科学突破,因为它清楚地显示了铁电退化过程是如何在纳米尺度上存在的。”

共同作者Zibin Chen博士说:“有了这个(研究发现),我们希望能更好地为(设计)具有更长寿命的设备提供工程信息。”

废弃的电子产品是电子垃圾的主要贡献者。在全球范围内,每年有数千万吨失效的电子设备被填埋。

Qianwei Huang博士说:“我们希望(这项研究)对工业界和环境都有所帮助。”

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