Monenlaista keramiikkaa

Oulun yliopistossa filosofian maisteri Maria Väätäjä on kehitellyt väitöskirjatutkimuksessaan sähkökeraamisten komponenttien huonelämpötilaisia valmistusmenetelmiä yhdistämällä siihen tulostus- ja painotekniikoita.

Tyypillisesti keraameja valmistetaan jopa yli 1000 asteen lämpötiloissa mutta nyt tarvittava tiivistyminen saadaan aikaan hyödyntämällä tiettyjen keraamien vesiliukoisuutta sekä puristuspainetta.

Pienemmistä paineista johtuen uusilla rakenteilla on suhteellisesti pienempi tiheys ja siten heikommat sähköiset ominaisuudet mutta ne olivat silti käyttökelpoisia mikroaaltoalueen komponenteissa, toteaa Maria Väätäjä tutkimustuloksistaan.

Keskeinen Väätäjän tutkimuskohde oli keraamitahnojen kehitys komponenttien toteuttamiseksi ja sitä kautta saavutettiin huonelämpötilainen komponenttien valmistus, mikä mahdollistaa samanaikaisen ja suora yhdistäminen muiden lämpöherkkien materiaalien kanssa. Samalla saavutus tarkoittaa merkittävää energian säästöä valmistuskustannuksissa.

Perinteisessä sähkökeraamien valmistusmenetelmässä käytetyt korkeat lämpötilakäsittelyt muuttavat lämpöherkkiä koostumuksia eikä keraameja siten voi integroida suoraan esimerkiksi muovialustoille”, Väätäjä sanoo.

Hiljattain Ceramics International -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa intialaiset tutkijat yhdistivät BiMnO3:n, jolla on hyvät ferrosähköiset ominaisuudet sekä vismutti-yttriumoksidi keramiikan, jolla on hyvä absorbointikyky, syntetisoidakseen BYM-keramiikkaa kiinteän liuoksen muodossa, jolla on korkea kantajien liikkuvuus, ferrosähköisyys ja pieni kaistaväli.

Harvinainen ferrosähköisyyden, pienen kaistavälin ja suuren kantajien liikkuvuuden yhdistelmä materiaalissa voi edistää poikkeuksellista aurinkosähkötehokkuutta ja aihe on saanut merkittävää huomiota tiedeyhteisössä ferrosähköisen valokennovaikutuksensa vuoksi.

Pienen kaistavälin ferrosähköisillä materiaaleilla on ainutlaatuiset ominaisuudet ja ne osoittavat korkeampaa valojännitettä kuin niiden kaistaero antaisi olettaa. Lisäksi FE-materiaalien polarisaation sähkökenttä mahdollistaa ohjattavan ja tehokkaan kantajien erottelun, mikä tekee niistä houkuttelevan vaihtoehdon tehokkaille ja edullisille aurinkokennoille.

Ferrosähköiset valokennomateriaalit voivat myös eristää fotogeneroidun elektroni-aukkoparin polarisaation indusoiman sähkökentän kautta. Siten varauksenkuljettajat voidaan erottaa näissä materiaaleista ilman heteroliitosrakenteita, toisin kuin pn-liitos aurinkokennoissa, joissa estekenttä toimii ulkoisena kenttänä varauksenkuljettajien erottamiselle.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampia suodattimia ja kondensaattoreita

Ferrosähköistä energian tuottoa