gemakkelijk vervaardigd, goedkoop, lichtgewicht, flexibele diëlektrische polymeren die bij hoge temperaturen kunnen werken, kunnen de oplossing zijn voor energieopslag en stroomconversie in elektrische voertuigen en andere toepassingen bij hoge temperaturen, volgens een team van ingenieurs van Penn State.

"Keramiek is meestal de keuze voor diëlektrica voor energieopslag voor toepassingen bij hoge temperaturen, maar ze zijn zwaar gewicht is een overweging en ze zijn vaak ook broos, " zei Qing Wang, hoogleraar materiaalkunde en techniek, Penn State. "Polymeren hebben een lage werktemperatuur en dus moet je een koelsysteem toevoegen, door het volume te verhogen, zodat de systeemefficiëntie afneemt en de betrouwbaarheid ook afneemt."

Diëlektrica zijn materialen die geen elektriciteit geleiden, maar wanneer blootgesteld aan een elektrisch veld, elektriciteit opslaan. Ze kunnen zeer snel energie vrijmaken om het opstarten van motoren te bevredigen of om de gelijkstroom in batterijen om te zetten in de wisselstroom die nodig is om motoren aan te drijven.

Toepassingen zoals hybride en elektrische voertuigen, vermogenselektronica voor de ruimtevaart en apparatuur voor ondergrondse gas- en olie-exploratie vereisen materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen. De onderzoekers ontwikkelden een verknoopt polymeer nanocomposiet dat boornitride nanosheets bevat. Dit materiaal heeft een hoogspanningscapaciteit voor energieopslag bij verhoogde temperaturen en kan ook worden voorzien van fotopatronen en is flexibel. De onderzoekers rapporteren hun resultaten in een recent nummer van Natuur .

Deze boornitride-polymeercomposiet is bestand tegen temperaturen van meer dan 480 graden Fahrenheit onder toepassing van hoge spanningen. Het materiaal is gemakkelijk te vervaardigen door het polymeer en de nanosheets te mengen en het polymeer vervolgens uit te harden met warmte of licht om verknopingen te creëren. Omdat de nanosheets klein zijn - ongeveer 2 nanometer dik en 400 nanometer lateraal, het materiaal blijft flexibel, maar de combinatie biedt unieke diëlektrische eigenschappen, die een hogere spanningscapaciteit omvatten, hittebestendigheid en buigzaamheid.

"Onze volgende stap is om te proberen dit materiaal op grote schaal te maken en in een echte toepassing te verwerken, "zei Wang. "Theoretisch, er is geen exacte schaalbaarheidslimiet."