随着各行各业越来越多的人使用手机来执行生活方式功能(听音乐、看电影、订餐、导航新地方等)以及公众推动电动汽车 (EV) 进行交通运输，发现有效存储和管理能源的材料具有挑战性。
想象一下，智能手机可以在几分钟内充电并持续几天，或者电动汽车一次充电可以行驶更远的距离。
印度理工学院古瓦哈蒂分校的研究人员 Hodam Karnajit Singh、Prajna P Mohapatra、Subingya Pandey 和 Pamu Dobbidi 最近进行的一项研究通过探索一种特殊陶瓷复合材料的潜力，让我们更接近这一现实。这些是先进材料，具有非凡的电气性能。
这个怎么做的
但这不仅仅是储存更多电力。这些材料还表现出令人着迷的介电弛豫行为——本质上，它们可以通过吸收不需要的微波信号来响应电场的变化，这对传感器等电子应用甚至隐形技术的开发非常有用。
这项研究的核心是用两种特定类型的铁氧体混合物创建致密陶瓷复合材料：M 型六角形铁氧体和反尖晶石铁氧体 (NCZFO)。当结合到新型复合材料中时，它表现出科学家所说的“巨大介电常数”。介电常数是材料存储电荷能力的量度。更高的介电常数意味着可以存储更多的电力，这正是我们需要更好的电池和更高效的电子设备。
然而，创建这些复合材料并不简单;它涉及在固态过程中仔细混合和加热材料——这种方法以其精确性和对材料特性的控制而著称。
研究人员首先精确称量六方铁氧体相所需的纯碳酸钡 (BaCO3)、碳酸锶 (SrCO3) 和氧化铁 (Fe2O3) 粉末。
然后将粉末进行球磨12小时。研磨后，通过缓慢加热过程干燥所得浆料，然后进行煅烧(在没有或有限供应空气或氧气的情况下将材料加热至高温的过程)。此步骤对于引发原材料之间的化学反应以形成六方铁素体相至关重要。
另一种铁氧体——反尖晶石铁氧体(NCZFO)——也是采用固相反应方法制备的。与六角铁氧体制备类似，镍、钴、锌和铁前体的比例都经过仔细控制。
然后将合成的 M 型六角铁氧体和 NCZFO 以不同的百分比(六角铁氧体与 NCZFO 分别为 80-20%、60-40% 和 40-60%)组合，以探索不同浓度对复合材料性能的影响。
将混合粉末再球磨 15 小时，以确保两相均匀分布。然后使用液压机将均化的粉末混合物压成圆形板。这些板在1250℃下烧结3小时。烧结进一步使材料致密化，从而增强了成分之间的化学键，并优化了对于实现巨大介电常数至关重要的微观结构特性。
研究人员改变了每种成分的浓度，看看它如何影响材料的性能。他们发现，调整这些浓度会改变材料的微观结构，包括复合材料内晶粒的尺寸和微小缺陷的存在。这些微观变化对电力的存储和流经材料的方式产生巨大影响。
高介电常数材料可以彻底改变储能解决方案，使电容器等设备更加高效。充电时间仅为当前时间一小部分的电池、需要更少充电频率的电动汽车，甚至可以更准确地检测环境变化的新型传感器，都成为可能。
这些材料还可能促进电信领域的进步，使设备能够在更高的频率下运行，这对于下一代无线通信至关重要。在日益关注电磁干扰的世界中，这些复合材料提供了一种有前途的解决方案。它们可用于屏蔽敏感设备，从医疗设备到军事硬件，保护它们免受干扰并确保它们可靠运行。
为了可持续的未来
对于普通人来说，这项研究似乎与日常问题相去甚远。然而，它的影响是深远的：在不久的将来，这可能意味着电子产品更加耐用、可靠和强大。
这不仅仅是为了方便;这是关于可持续性的。充电速度更快、充电时间更长的设备在其使用寿命内消耗的能量更少。
随着我们迈向更加电气化的世界，高效能源存储变得至关重要。这些陶瓷复合材料可以在这一转变中发挥至关重要的作用，帮助更有效地储存能量，无论是从阳光、风还是波浪中获取能量。
