ذخیره ی صاعقه در شیشه برای استفاده به عنوان تغذیه ی قابل حمل
ساعت ٥:٥٥ ‎ب.ظ روز ۱۳٩۱/٩/۱٩  کلمات کلیدی:

پژوهش گران علم مواد در دانشگاه پن استیت از بالاترین قدرت شکست شناخته شده برای شیشه ی حجیم که تاکنون اندازه گرفته شده است، خبر دادند. قدرت شکست همراه با ثابت دی الکتریک معین می کنند چه مقدار انرژی می تواند در یک ماده ی عایقی قبل از وقوع شکست و هدایت الکتریسیته، ذخیره شود.

یک شیشه ی حجیم با قدرت شکست بالا و ثابت دی الکتریک بزرگ می تواند گزینه ای
ایده آل برای نسل بعدی خازن های دارای توانایی ذخیره ی چگالی انرژی بالا باشد تا
خودروهای الکتریکی کارآمدتر را همانند سایر لوازم قابل حمل تغذیه کند.

بالاترین قدرت شکست عایقی برای شیشه های حجیم معمولا در محدوده ی 4 تا 9 مگاولت بر سانتی متر است. قدرت شکست برای نمونه های آزمایش شده در محدوده ی 12 مگاولت بر سانتی متر بود که همراه با گذردهی نسبی بالا، در مقایسه با چگالی انرژی 10 ژول بر سانتی متر مکعب برای پلی پروپلن (متداول ترین عایق در لوازم با تغذیه ی ضربه ای) منجر به چگالی انرژی 35 ژول بر سانتی متر مکعب شد.

نیک اسمیت، دانشجوی دکترای علوم مواد و مهندسی در پن استیت، گفت: "برای یک شیشه ی حجیم، این امر غیرعادی است." اسمیت از نمونه های شیشه ی تجاری به ضخامت 50 میکرون استفاده کرد که اسمیت آن ها را برای آزمایش در اسیدهیدروفلوریک قرار داد تا زمانی که نمونه ها به ضخامت 10 تا 20 میکرون رسیدند. شیشه ی به دست آمده بسیار نازک بود و مانند یک تکه فیلم پلاستیکی قابل انعطاف بود. با این میزان حساسیت این شیشه می تواند در اثر بد به کار بردن، خرد شود. هر چه این شیشه نازک تر باشد قبل از این که دچار شکست شود میدان الکتریکی بیشتری می توان به آن اعمال کرد.

شیشه ی خورده شده توسط اسید، برای آزمایش در یک سیال پلیمر قرار داده شد و
ولتاژهایی تا 30000 ولت به آن اعمال شد. زمانی که به نقطه ی شکست رسید، الکتریسیته بطور ناگهانی همراه با درخشش و صدای بلند در شیشه جریان یافت که مانند صاعقه ای بود که در هوا هدایت می شود. سیال پلیمر برای جلوگیری از صاعقه به کار رفت. در هر مورد، شکست در حدود 40 تا 80 ثانیه رخ داد.

شیشه ی حجیم در یک شیشه ی بوروآلومینوسیلیکیت باریم عاری از قلیایی آزمایش شد که به صورت انبوه برای صفحه نمایش های تخت و بسته بندی میکروالکترونیکی تولید می شود.
توانایی ذخیره ی انرژی بالای آن به اتم های باریم با توانایی قطبی شدن بالا بستگی
دارد که منجر به بهبود ثابت دی الکتریک و تولید ترکیبی عاری از قلیا می شود که مانع
تلف شدن انرژی می گردد. شاخص دیگر نیز کیفیت تقریبا بدون کاستی شیشه است. این فرآیند ویژه که برای تولید این شیشه به کار رفت منجر به تولید ماده ای بی نقص تر شد که به ویژه بر روی سطح، مقاومت در برابر شکست را بهبود می بخشد. ورق های با ضخامت 30میکرون از شیشه که انتظار می رود در آینده ی نزدیک به بازار عرضه شود، احتمالا قدرت شکست بالاتری نسبت به شیشه ی خورده شده توسط اسید خواهند داشت. اسمیت گفت: "این امر بازار جدیدی را به روی شیشه خواهد گشود. ما همواره به دنبال سودمندی های جدیدی در شیشه هستیم. به طور ایده آل، تولید تبدیل به یک هدف خواهد شد جایی که می توان ورق را در هر اندازه برای خازن در هر اندازه ای ساخت."

مایکل لاناگان، از نویسندگان این گزارش، اشاره می کند که چالش های مهندسی با
افزایش مقیاس از خازن های کوچک آزمایشی تا مدل های آماده ی تولید تجاری باقی می مانند. لاناگان گفت: "با افزایش حجم مقداری از چگالی انرژی از بین می رود."

علاوه بر اسمیت، سایر نویسندگان شامل بدری رانگاراجان، دانشجوی فارغ التحصیل
علوم مهندسی و مکانیک، مایکل لاناگان، استادیار علوم مهندسی و مکانیک و کارلو جی
پانتانو، استاد برجسته ی علوم مواد و مهندسی، می شود.

این پژوهش از طرف اداره ی پژوهشی نیروی دریایی، موسسه ی پژوهش مواد دانشگاه پنسیلوانیا، انجمن علوم ملی، مرکز فن آوری های اپتیکی و علوم مواد Bayer حمایت شد.