中新網北京11月15日電 (記者 孫自法)記者從中國科學院金屬研究所(金屬所)獲悉，該所沈陽材料科學國家研究中心胡衛(wèi)進研究員團隊攜手合作者，最新研究開發(fā)出一種熱處理升降溫速率可達每秒1000攝氏度的“閃速退火”工藝，基于這種被形象稱為一秒“冰火淬煉”的工藝技術，研究團隊已成功制備出晶圓級高性能儲能薄膜。

　　在中國科學院金屬所實驗室，研究人員利用一秒“冰火淬煉”工藝，僅用時1秒鐘就在硅晶圓上成功制備出一種名為“鋯酸鉛”的弛豫反鐵電薄膜。

　　研究團隊表示，這項工藝技術操作簡單，還很容易“放大”，目前已初步能在2英寸的硅晶圓上制備出均勻的高性能薄膜，從而為芯片級集成儲能提供具備工業(yè)化潛力的解決方案。

　　這項重要材料工藝研發(fā)成果論文，北京時間11月15日凌晨在國際學術期刊《科學進展》(Science Advances)上線發(fā)表，為下一代高性能儲能電容器件的制造開辟了一條新的路徑。

　　論文通訊作者胡衛(wèi)進研究員科普解讀說，一秒“冰火淬煉”工藝技術成功將材料在高溫下的特殊結構“凍結”在室溫，形成尺寸不到3納米的納米微疇。這些微小的結構如同一個精密的迷宮，正是誘導弛豫反鐵電行為，實現高效率儲能的關鍵。

　　同時，“閃速退火”還讓薄膜的“肌理”更加致密均勻，并有效鎖住容易揮發(fā)的鉛元素，從根源上減少材料缺陷，顯著降低漏電流。這些因素的共同作用，使得薄膜既能承受極高的電壓，又能獲得很高的極化強度，最終將薄膜電容器的儲能密度提升至63.5焦耳每立方厘米。

　　胡衛(wèi)進指出，更令人振奮的是，利用一秒“冰火淬煉”工藝制造出的薄膜電容器，還展現出卓越的環(huán)境適應性。實驗表明，從低至零下196攝氏度(液氮溫度)的極寒，到高達400攝氏度的酷熱，其儲能密度和效率的衰減都很微弱(低于3%)。這意味著，無論是在冰冷的外太空，還是在火熱的地下油氣勘探井，它都能穩(wěn)定可靠地工作。

　　據悉，在脈沖激光器、新能源汽車等功率電子器件中，有一類名為“電介質儲能電容器”的元件至關重要，它們以極高的功率快速充放電，并且極其耐用。

　　科學家們一直面臨一個難題：如何讓這類電容器在保持強大儲能能力的同時，還能經受住從極寒到酷熱的極端溫度考驗，并且易于大規(guī)模生產？傳統方法是通過混合多種成分、組織結構或引入特定缺陷，來制造具有特殊微觀結構的材料。此前，這個過程往往非常復雜，限制高性能電介質薄膜的大規(guī)模制造。(完)