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电疲劳的形成机理:为延长电子设备寿命提供理
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摘要:悉尼大学的一支研究团队,刚刚获得了材料科学领域的一项重大发现,为我们首次揭示了“铁电材料疲劳是如何发生的”事件全貌。SCI Tech Daily 指出,这项研究或有助于我们设计出更具
悉尼大学的一支研究团队,刚刚获得了材料科学领域的一项重大发现,为我们首次揭示了“铁电材料疲劳是如何发生的”事件全貌。SCI Tech Daily 指出,这项研究或有助于我们设计出更具耐用性的电子产品。据悉,无论是消费电子产品、还是工业仪器,铁电材料被普遍应用于包括存储器、电容器、致动器和传感器在内的许多设备,比如计算机、医疗超声设备、以及水下声呐。
图|循环电负载过程中 c 域的形成
尴尬的是,随着时间的推移,铁电材料将因受到机械和电气负载的反复折腾,而导致性能的逐渐衰减,最终引发被称作“铁电疲劳”的失效故障。考虑到铁电疲劳是各种电子设备出现故障的主要原因、且废弃电子产品是电子垃圾的主要来源,全球范围内每年都有数千万吨的失效电子设备被送入垃圾填埋场。
在这项研究中,来自该校航空航天、机械和机电工程学院的研究团队,在先进的原位透射电子显微镜的帮助下,成功地观察到了铁电疲劳的产生,且精度达到了纳米 / 原子级。
图|周期性点负载下,畴壁上的电荷积累状况
在近日发表于《自然通讯》(Nature Communications)期刊上的一篇论文中,研究团队详细介绍了他们的这项新发现。通过了解该现象的发生机理,有助于我们在未来设计和制造出更好的铁电纳米器件。
研究合著者、来自悉尼大学纳米研究所的 Xiaozhou Liao 教授称:“这是一项重大的科学研究突破,因其清楚地表明了纳米级的铁电降解过程”。首席研究员 Qianwei Huang 博士称:“尽管人们早已知道铁电疲劳会缩短电子设备的寿命,但由于缺乏合适的观察技术,我们一直没能对它的形成机理有更深入的了解”。
图|通过补偿电荷使 c 结构域稳定,以及在电负载下的冻结行为
研究合著者 Zizi Chen 博士补充道:基于此,我们希望能够为开发出寿命更长的设备、及相关工程设计而提供科学的指导。此外这项研究发现,界面也可能在实质上加速铁电性能的滑坡,因此我们需要对这些过程有更深入的了解,才能达成最佳的设备性能。
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文章来源:《电子设计工程》 网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2021/0425/1188.html