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气凝胶的电学性质及应用

气凝胶具有低介电常数(1<e<2),而且可通过改变其密度调节介电常数值。这意味着,气凝胶在电学性质方面有非常优越的表现。尤其是有机气凝胶和金属氧化物气凝胶,是非常优异的介电体,可用作高压绝缘材料,高速或超速集成电路的衬底材料,真空电极的隔离介质以及超级电容器。

随着微电子工业的迅速发展,对集成电路运算速度的要求越来越高。一般而言,所用衬底材料的介电常数越低,则运算速度越快。目前计算机中所用的衬底材料的介电常数是4。如果利用气凝胶薄膜来作为衬底,其介电常数能够达到2,那么计算机的速度将会提高2倍或者更多。

美国伦斯勒技术学院(Rensselaer Polytechnic Institute)通过控制二氧化硅气凝胶的孔隙率为65%-90%,使其介电常数达到1.4-2.3。德克萨斯仪器企业(Texas Instruments)利用铜丝与气凝胶以及新的设计方法研制出性能更加优良的衬底材料。

另外一个重要应用是,利用碳气凝胶的导电性作为理想的高效的超电容器和电容消离子过程的电极材料,与一般电极材料相比,碳气凝胶具有很低的电阻(<40毫欧姆/厘米)。Polystor企业推出一种高性能的碳气凝胶电容器,称为“空气电容器”。其功率为4千瓦/千克,接近于电池的功率。美国海洋研究实验室的Debra R.Rolison及Celia Merzbacher带领的小组通过在气凝胶凝胶前掺加其他成分制备出无污染的燃料电池。

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