中新網(wǎng)北京11月15日電 (記者 孫自法)記者從中國科學(xué)院金屬研究所(金屬所)獲悉，冰火淬煉該所沈陽材料科學(xué)國家研究中心胡衛(wèi)進(jìn)研究員團(tuán)隊攜手合作者，中國最新研究開發(fā)出一種熱處理升降溫速率可達(dá)每秒1000攝氏度的團(tuán)隊“閃速退火”工藝，基于這種被形象稱為一秒“冰火淬煉”的研發(fā)藝成圓級工藝技術(shù)，研究團(tuán)隊已成功制備出晶圓級高性能儲能薄膜。秒工膜
在中國科學(xué)院金屬所實驗室，功制高性研究人員利用一秒“冰火淬煉”工藝，備晶僅用時1秒鐘就在硅晶圓上成功制備出一種名為“鋯酸鉛”的儲能薄弛豫反鐵電薄膜。
研究團(tuán)隊表示，冰火淬煉這項工藝技術(shù)操作簡單，中國還很容易“放大”，團(tuán)隊目前已初步能在2英寸的研發(fā)藝成圓級硅晶圓上制備出均勻的高性能薄膜，從而為芯片級集成儲能提供具備工業(yè)化潛力的秒工膜解決方案。
超快結(jié)晶制備弛豫反鐵電薄膜的功制高性原理與實現(xiàn)過程。中國科學(xué)院金屬研究所 供圖這項重要材料工藝研發(fā)成果論文，備晶北京時間11月15日凌晨在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上線發(fā)表，為下一代高性能儲能電容器件的制造開辟了一條新的路徑。
論文通訊作者胡衛(wèi)進(jìn)研究員科普解讀說，一秒“冰火淬煉”工藝技術(shù)成功將材料在高溫下的特殊結(jié)構(gòu)“凍結(jié)”在室溫，形成尺寸不到3納米的納米微疇。這些微小的結(jié)構(gòu)如同一個精密的迷宮，正是誘導(dǎo)弛豫反鐵電行為，實現(xiàn)高效率儲能的關(guān)鍵。
同時，“閃速退火”還讓薄膜的“肌理”更加致密均勻，并有效鎖住容易揮發(fā)的鉛元素，從根源上減少材料缺陷，顯著降低漏電流。這些因素的共同作用，使得薄膜既能承受極高的電壓，又能獲得很高的極化強(qiáng)度，最終將薄膜電容器的儲能密度提升至63.5焦耳每立方厘米。
胡衛(wèi)進(jìn)指出，更令人振奮的是，利用一秒“冰火淬煉”工藝制造出的薄膜電容器，還展現(xiàn)出卓越的環(huán)境適應(yīng)性。實驗表明，從低至零下196攝氏度(液氮溫度)的極寒，到高達(dá)400攝氏度的酷熱，其儲能密度和效率的衰減都很微弱(低于3%)。這意味著，無論是在冰冷的外太空，還是在火熱的地下油氣勘探井，它都能穩(wěn)定可靠地工作。
據(jù)悉，在脈沖激光器、新能源汽車等功率電子器件中，有一類名為“電介質(zhì)儲能電容器”的元件至關(guān)重要，它們以極高的功率快速充放電，并且極其耐用。
科學(xué)家們一直面臨一個難題：如何讓這類電容器在保持強(qiáng)大儲能能力的同時，還能經(jīng)受住從極寒到酷熱的極端溫度考驗，并且易于大規(guī)模生產(chǎn)？傳統(tǒng)方法是通過混合多種成分、組織結(jié)構(gòu)或引入特定缺陷，來制造具有特殊微觀結(jié)構(gòu)的材料。此前，這個過程往往非常復(fù)雜，限制高性能電介質(zhì)薄膜的大規(guī)模制造。(完)
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