นักวิจัยปัดฝุ่นความรู้เก่าอัพเกรดคุณสมบัติเซรามิกกับการนำไฟฟ้า

ในฐานะของฉนวนอย่างออกไซด์ของโลหะที่เรารู้จักกันดีในชื่อของเซรามิกนั้นอาจไม่ใช่ตัวเลือกท่ีดีเท่าใดนักในการนำมาทำตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้า ในขณะที่อิเล็กตรอนสามารถเดินทางไปมาได้อย่างสะดวกในโลหะ แต่การเคลื่อนที่ผ่านเซรามิกนั้นกลายเป็นเรื่องยาก

แต่ในเซรามิกที่มีความเฉพาะนั้นกลับกลายเป็นว่ามีคุณสมบัติในการเหนี่ยวนำอย่างดี คุณสมบัติดังกล่าวถูกค้นพบในปี 1961ภายใต้ชื่อ Small Polaron Hopping Model ซึ่งใช้ในการอธิบายการเคลื่อนที่ของ Polaron หรือการจับคู่ของอิเล็กตรอนเป็นตาข่าย (Lattice Distortion)

นักวิจัยได้เปิดเผยให้เห็นว่าโมเดลดังกล่าวนั้นมีข้อมูลที่ล้าสมัยและไม่ตรงกับความเป็นจริง โดยเฉพาะระบบของออกไซด์ที่มีความซับซ้อน ด้วยการอัพเดทข้อมูลโดยสะท้อนเส้นทางการเหนี่ยวนำที่แตกต่างกันทีมวิจัยคาดหวังว่าจะได้มาซึ่งคุณสมบัติออกไซด์ของโลหะสำหรับเทคโนโลยี เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เซลล์เชื้อเพลิง และ Electrocatalysis

องค์ความรู้เหล่านี้มีการใช้งานกันโดยทั่วไปเป็นเวลากว่า 60 ปีและไม่มีใครได้ปัดฝุ่นความรู้เหล่านี้เลย สิ่งนี้เป็นปัญหาเนื่องจากออกไซด์ของโลหะนั้นมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในหลากหลายกิจกรรมซึ่งศักยภาพในการทำงานได้รับผลโดยตรงจากการเหนี่ยวนำ ยกตัวอย่างเช่น ในระบบพลังงานอย่างหน่วยเก็บพลังงานและผลิตพลังงาน รวมถึงวัสดุยุคใหม่ด้วยเช่นกัน หากมีความเข้าใจการเหนี่ยวนำอิเล็กตรอนที่สมบูรณ์จะสามารถปรับเปลี่ยนองค์ประกอบการเหนี่ยวนำ และยังทำให้สามารถยกระดับความสามารถในการใช้พลังงานให้เกิดความคุ้มค่ามากที่สุดได้อีกด้วย

ด้วยความร่วมมือจากหลากลหายสถาบัน จึงเกิดการพัฒนาลักษณะเฉพาะของฟิล์มคริสตัลที่เกิดจาก MnxFe3-xO4 หรือ Manganese-Doped Iron Oxide โดนใช้ซิงโครตรอนความเข้มข้นสูงเพื่อระบุตำแหน่งของอะตอม โดยสถานะการชาร์จของไอออนประจุบวกเรียกว่า Cations และทำการวัดคุณสมบัติการเหนี่ยวนำที่เปลี่ยนไปของวัสดุภายใต้อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ด้วยการสุงเกตการก่อตัวของสถานะคริสตัลและการจัดเรียงตัวของการไล่ระดับที่เกิขึ้นทำให้สามารถยืนยันสิ่งที่ค้นพบได้

จากการอธิบายวิธีการที่ Polarons กระโดดแตกต่างกันบนฐานของวัสดุที่มีคุณสมบัติในการป้องกันพลังงานและสถานะการเกิดออกไซด์ที่แตกต่างกัน สิ่งที่ค้นพบคือการมีอยู่ของกำแพงพลังงานขนาดใหญ่ที่ทำงานร่วมกับ Switiching ที่เป็นเส้นทางเหนี่ยวนำระหว่าง Cations ที่แตกต่างกันสองหน่อย และนี่เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดสูตรสมการใหม่ในเทคโนโลยีนี้ขึ้น

ที่มา:
News.cornell.edu