聚硫酸鹽可廣泛用于各種高性能電子元件的原料

根據(jù)斯克里普斯研究所和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家和材料科學(xué)家的一項(xiàng)研究，一種可以形成柔性薄膜的新型聚硫酸鹽化合物具有的特性使其成為許多高性能電子元件的首選材料。 LBNL)。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，新型聚硫酸鹽可用于制造聚合物薄膜電容器，這種電容器可以?xún)?chǔ)存和釋放高密度電能，同時(shí)還能承受超出現(xiàn)有聚合物薄膜電容器極限的熱和電場(chǎng)。

“我們的研究結(jié)果表明，基于這些新型聚硫酸鹽的儲(chǔ)能電容器和其他設(shè)備可以得到廣泛應(yīng)用，包括在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中，”該研究的共同資深作者、分子醫(yī)學(xué)系教授 Peng Wu 博士說(shuō)。斯克里普斯研究。

其他共同資深作者是斯克里普斯研究所 WM Keck 化學(xué)教授 K. Barry Sharpless 博士和 LBNL 分子鑄造廠有機(jī)和大分子合成設(shè)施主任 Yi Liu 博士，這是一個(gè)用于科學(xué)和技術(shù)研究的多學(xué)科設(shè)施的新材料。

Sharpless 和 Wu 實(shí)驗(yàn)室最近使用 Sharpless 實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的氟化硫交換 (SuFEx) 反應(yīng)合成了許多以前無(wú)法獲得的聚硫酸鹽。SuFEx 是越來(lái)越多的分子構(gòu)建方法的一部分，這些方法被稱(chēng)為點(diǎn)擊化學(xué)，因?yàn)樗鼈兙哂懈咝屎秃?jiǎn)單的反應(yīng)要求。Sharpless 因其在點(diǎn)擊化學(xué)方法方面的開(kāi)創(chuàng)性工作而獲得 2022 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

在 LBNL 分子鑄造廠的 Liu 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的調(diào)查中，研究人員發(fā)現(xiàn)一些新型聚硫酸鹽具有優(yōu)異的“介電”特性。介電材料是電絕緣體，當(dāng)材料暴露于電場(chǎng)時(shí)，正電荷和負(fù)電荷會(huì)分開(kāi)——實(shí)際上是儲(chǔ)存能量。它們用于現(xiàn)代電子電路的電容器、晶體管和其他無(wú)處不在的元件。

現(xiàn)代使用的許多介電材料都是輕質(zhì)、柔韌、類(lèi)似塑料的材料，稱(chēng)為聚合物。新的聚硫酸鹽也是聚合物，但與商業(yè)介電聚合物相比具有大大改善的性能。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，由一種新型聚硫酸鹽制成的電容器，在用氧化鋁薄膜增強(qiáng)后，可以釋放高密度能量，同時(shí)還能承受電場(chǎng)(超過(guò)每米 7 億伏特)和溫度(150 攝氏度) ) 會(huì)破壞最廣泛使用的聚合物薄膜電容器。

研究人員指出，標(biāo)準(zhǔn)聚合物電容器的熱敏感性通常需要在使用它們的系統(tǒng)中采取昂貴且繁瑣的冷卻措施——例如，在某些電動(dòng)汽車(chē)模型中。因此，他們表示，采用新的聚硫酸鹽電介質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)和許多其他應(yīng)用中的電力系統(tǒng)更便宜、更簡(jiǎn)單、更耐用。

“一開(kāi)始我很驚訝，現(xiàn)在仍然是——我想我們都是。物理學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典力，比如電場(chǎng)力，是如何在其路徑上被薄薄的化學(xué)聚合物薄膜調(diào)制的?結(jié)果不言自明，現(xiàn)在似乎是分享這個(gè)謎題的好時(shí)機(jī)，”Sharpless 說(shuō)。

研究人員繼續(xù)合成和研究新的聚硫酸鹽，以發(fā)現(xiàn)一些具有更好性能的物質(zhì)。

“我們?cè)谶@項(xiàng)研究中檢測(cè)的聚硫酸鹽聚合物在 150 攝氏度下性能良好，但我們認(rèn)為我們可以找到相關(guān)的聚硫酸鹽，它們可以在 200 至 250 攝氏度的溫度下工作，而幾乎沒(méi)有或沒(méi)有功能損失，”劉說(shuō)。