Mutkittelu tekee hyvää ionijohteille

ETH Zurichin materiaali-insinöörit ovat havainneet, että ioneja johtavien keraamisten kalvojen suorituskyky riippuu suurelta osin niiden jännityksien profiileista.

"Ioniikka eli ionipohjainen tietojenkäsittely ja energian muuntaminen ovat tulevaisuuden elektroniikkaa", toteaa, professori Jennifer Rupp ETH Zürichin uutissivuilla.

Aiemmin ionijohteiden johtavuuteen on yritetty vaikuttaa seostuksen kautta mutta nyt ETH Zurichin tutkijat ovat osoittaneet, että johtavuutta voidaan ohjata paljon suuremmassa määrin manipuloimalla jännitystä ja nurjahdusprofiilia todellisissa rakenteissa.

Keraamimateriaaleja käytetään nykyään esimerkiksi autojen katalysaattoreiden lambda-antureissa ja kiinteäoksidisissa polttokennoissa.

Ryhmänsä kanssa Rupp on nyt tuottanut keraamisia materiaaleja, jotka voivat johtaa varattuja atomeja (ioneja), kuten happea tai litiumioneja, hyvin nopeasti.

Tutkijat osoittivat, että ioninkuljetusmekanismi riippuu suuresti, siitä miten nämä kalvot ovat jännittyneet. He onnistuivat myös hallitsemaan kalvojen jännityksiä selektiivisesti, mikä on läpimurto kehitettäessä tulevaisuuden teknisiä sovelluksia näille materiaaleille.

Tutkimustyössä paneuduttiin hyvin ohuisiin gadoliniumilla seostettuun ceriumoksidiin. Se on yksi yleisimmin käytetty ionijohde teollisuudessa.

Aiemmissa töissä materiaalia on yleensä tutkittu ohuena piisubstraatilla olevana kalvona mutta nyt luotiin irrallisia kalvoja, jotka eivät enää ole tasaisia, vaan sisäisen jännityksen takia kupruileva.

Kalvoille kiinnitettiin mikrokokoisia elektrodeja. Näin luotiin pieniä komponentteja, joita voidaan käyttää generoimaan sähköä vedystä tai orgaanisista yhdisteistä ja ilman hapesta.

Saavutus tukee tulevaisuuden kaasuantureita, ioni-pohjaista tallennusta sekä mikrokokoisia energian muuntimia, kuten polttokennoja - ja mahdollisesti useita muita vielä tuntemattomia sovelluksia lupaavalla Ioniikan kentällä uumoilevat tutkijat.