Räjähtävää sähkövoimaa

Molekyyliferrosähköisiä aineita on kehitetty ja tutkittu niiden perusmekanismeja mahdollisia sovelluksia ajatellen mutta myös vaihtoehtona epäorgaanisille ferrosähköisille.

Kemiallista energiaa on puolestaan varastoitu kovalenttisiin sidoksiin. Nämä energeettiset aineet varastoivat suuren määrän kemiallista energiaa, joka voidaan muuntaa mekaaniseksi energiaksi.

Molekyylikiteiden muodossa olevat energiset materiaalit, jotka rakentuvat C – N, N – N ja N – O -sidoksilla, varastoivat kemiallista energiaa ja niiden vahvat elektroni-fononi kytkentävuorovaikutukset lupaavat suurta energiatiheyttä lämpöaaltojen kautta. Samaan aikaan molekyylikiteiden symmetrian rikkominen aiheuttaa itsepolarisoitumista ja elektroni-fononi-vuorovaikutusta, mikä johtaa molekylaarisiin ferrosähköisiin.

Buffalon ja Marylandin yliopiston sekä Yhdysvaltain armeijan tutkimuslaboratorion tutkijaryhmä halusi selvittää voidaanko nämä kaksi erilaista materiaalia (molekylaariset energeettiset aineet ja ferrosähköiset aineet) yhdistää toisiinsa, jotta saadaan kemiallisesti ohjattu suuritehoinen sähköenergia, jota voidaan käyttää teknologisiin sovelluksiin, esimerkiksi tarpeen vaatiessa käyttöön otettava energialähde, työntövoima tai lämpöakku.

Tutkijat suunnittelivat imidatsolium kationeista (energeettinen ioni) ja perkloraattianioneista (hapetin) koostuvia energeettisiä molekylaarista ferrosähköisiä aineita. Kemiallisesti käynnistettynä aineen hajoamisesta johtuva suuri lämpö- ja iskuaalto johtaa nopeaan sähköenergian vapautumiseen tehotiheydellä jopa 1,8 kW kg−1 molekyylisen ferrosähköisen pyrosähköisen vaikutuksen vuoksi. Sen räjähdysnopeudeksi he arvioivat 7,20 km s-1, mikä on verrattavissa nitroräjähteisiin TNT ja HNS.

Havainnot edustavatkin molekylaarisia ferrosähköisiä energiayhdisteitä sellaisille energiasovelluksille, jotka vaativat suurta tehotiheyttä.

Toinen Buffalon yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt uuden polymeerieristeen, jolla on korkea lämmönjohtavuus ja vahva dielektrinen lujuus. Eristeiden sähköiset ja lämmönsiirtoparametrit ovat yleensä vastakohtaisia, mikä vaikeuttaa elektroniikkajärjestelmien jatkuvaa pienentämistä.

Nyt tutkijat onnistuivat luomaan liuosgeelileikkausvenytetyn polyetyleenin, jonka tasossa oleva lämmönjohtavuus on polymeereille erinomainen 10,74 W m−1 K−1. Keskimääräinen dielektrisyysvakio 4,1 ja se on lähes riippumaton taajuudesta ja laajasta lämpötila-alueesta.

Materiaalin sovellusalueeksi on ajateltu tehoelektroniikkaa ja kehittyneitä joustavia sähköjärjestelmiä.

Aiheista aiemmin:

Lupaava orgaaninen ferrosähköinen molekyyli

Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle

Hiilinanopallot parantavat eristeitä