中新社北京11月15日电 (记者 孙子)记者从中国科学院金属研究所(金属研究所)获悉，该所沉阳国家材料研究中心胡伟进研究员带领的团队与合作者近期研发出一种加热和冷却速率高达每秒1000摄氏度的热处理“闪速退火”工艺。基于这种被称为1秒“冰与火”的工艺技术，研究人员能够成功制造出晶圆级的高性能储能薄膜。
在中科院金属研究所实验室，研究人员利用一秒“冰熄”时间，在短短一秒内成功在硅片上制备出一种名为锆酸铅的弛豫反铁电薄膜。
研究团队表示，该工艺技术操作简单，可以轻松“扩大规模”。伊尼蒂亚该公司能够在2英寸硅片上制造均匀的高性能薄膜，为芯片级集成能源存储提供工业上可行的解决方案。
超快晶化反铁电薄膜弛豫原理及实现过程。图片提供：中国科学院金属研究所
这篇重要的材料工艺研发文章于北京时间11月15日凌晨在线发表在国际学术期刊《Science Advances》上，为下一代高性能储能电容器器件的生产开辟了新路径。
论文通讯作者胡伟金研究员解释说，一秒“冰火淬火”工艺成功将材料在高温下的特殊结构“冻结”在室温下，形成尺寸小于3纳米的纳米级微域。这些小结构很复杂特德迷宫可以诱导松弛的反铁电行为，是实现高效能量存储的关键。
同时，“瞬间退火”使薄膜的“纹理”更加致密、均匀，有效阻挡了易挥发的铅元素，从根源上减少材料缺陷，显着降低漏电流。这些因素的综合作用使薄膜能够承受非常高的电压并实现高偏置强度，最终将薄膜电容器的储能密度提高到63.5焦耳/立方厘米。
胡伟进表示，更有趣的是，第二个“他指出，采用“冰火回火”工艺制作的薄膜电容器还表现出优异的环境适应性。实验表明，从-196摄氏度的极寒（液氮温度）到400摄氏度的酷热，储能密度和效率的下降幅度是非常小（小于 3%）。这意味着无论是在寒冷的太空还是在地下石油和天然气勘探井中，它都可以稳定可靠地运行。
据报道，一种称为“介质储能电容器”的元件对于脉冲激光器和新能源汽车等电力电子器件非常重要。它可以快速加载和放电，具有非常高的性能，并且非常耐用。
科学家们面临的难题是如何使这些电容器能够承受从寒冷到酷热的极端温度，同时保持强大的储能能力并易于批量生产。传统方法通过混合多种成分、结构结构或引入特定缺陷来制造具有特殊微观结构的材料。 。此前，该工艺非常复杂，限制了高性能介电薄膜的大规模生产。 （完）
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