ETH材料工程师发现，在工业中如此重要的离子导电陶瓷膜的性能主要取决于它们的应变和屈曲的曲线。现在，科学家现在可以选择性地操纵屈曲型材，从而允许这些膜的新技术应用。
“离子学，即以离子为基础的数据处理和能量转换，是未来的电子学，”苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)电化学材料教授詹妮弗·鲁普(Jennifer Rupp)说，并以此总结了她的研究领域。拉普和她的团队一起，生产出了可以快速传导带电原子(离子)的陶瓷材料，比如氧或锂离子。这些材料今天已经在使用;例如，在汽车催化转换器和固体氧化物燃料电池的lambda传感器。这位ETH教授相信，这些材料在工业上的重要性将进一步提高——例如，在气体传感器、新型数据存储和计算机电路中，以及在化学能和电能的转换中。
Rupp领域中最重要的研究问题目前是如何优化这些材料，这些材料通常以薄膜的形式生产，使得离子可以在它们内部更快地移动。在一项刚刚发表在科学期刊的研究中自然材料，她组的几个博士生证明了离子转运如何大大取决于这些膜紧张的方式。该组还成功地选择性地控制膜的菌株，这是未来技术应用的发展中的突破。
独立的膜
科学家用非常薄的陶瓷层在他们的学习中工作;即钆掺杂的二氧化铈。“这是行业中最常用的离子导线之一，”博士生Schweiger，博士生。
在以前的研究中，这种材料通常以硅衬底上的薄膜的形式进行研究。Rupp小组的另一名博士生、最近发表的这篇论文的第一作者Yanuo Shi，通过自由蚀刻薄陶瓷层下的衬底，用这种材料制作了一个独立的薄膜。在蚀刻过程中，由于内应力的变化，材料不再平坦，而是弯曲。施教授将微电极附着在这些薄膜的小片上，以制造出可用于从氢气或有机化合物和空气中的氧气中发电的微小部件。
电极设计会影响屈曲型材
研究人员还发现，电极的布置影响了陶瓷膜的屈曲曲线和原子水平的材料结构。反过来，这极大地影响氧离子的膜的电导率。科学家能够详细描述这种效果。“首次，我们能够选择性地控制这种膜的屈曲轮廓和离子电导率，”另一名博士生亚历山大·博尔塞说。
近几十年来，科学家们主要试图通过故意用某些外来原子“污染”材料来影响离子导体的导电性——用技术术语来说，就是掺杂。ETH的研究人员现在已经证明，通过操纵真实设备中的应变和屈曲剖面，可以在更大程度上控制电导率。
“即使在早期的实验中，科学家也注意到微固体氧化物燃料电池中的发电取决于这种细胞的结构。在对离子导体的应变的实验中，我们现在已经找到了对这种行为的可能解释，“Rupp说。现在似乎可以优化离子导电膜的特性。这支持开发未来的气体传感器，离子基础数据存储和微能转换器，例如燃料电池 - 以及在有前途的离子电离区域中的其他尚未存在的其他应用。
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