الجانب المشرق للإلكترونيات المتطرفة

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > بطانة فضية للإلكترونيات المتطرفة

طور باحثو جامعة ولاية ميشيغان عملية لإنشاء دوائر أكثر مرونة ، والتي أظهروها من خلال إنشاء خوذة سبارتان فضية. تم تصميم الحلبة من قبل جين مانفريدي ، الأستاذة المساعدة في كلية الطب البيطري. الائتمان: شركة Acta Materialia Inc./Elsevier

المستخلص:
سوف تحتاج تكنولوجيا الغد المتطورة إلى إلكترونيات يمكنها تحمل الظروف القاسية. هذا هو السبب في قيام مجموعة من الباحثين بقيادة جيسون نيكولاس من جامعة ولاية ميتشيغان ببناء دوائر أقوى اليوم.

بطانة فضية للإلكترونيات المتطرفة

إيست لانسينغ ، ميشيغان | نُشر في 30 أبريل 2021

طور نيكولاس وفريقه دوائر فضية أكثر مقاومة للحرارة بمساعدة من النيكل. وصف الفريق العمل ، الذي تم تمويله من قبل وزارة الطاقة الأمريكية ، برنامج خلايا الوقود للأكسيد الصلب ، في 15 أبريل في مجلة Scripta Materialia.

أنواع الأجهزة التي يعمل فريق MSU على الاستفادة منها - خلايا الوقود من الجيل التالي ، وأشباه الموصلات ذات درجة الحرارة العالية وخلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب - يمكن أن يكون لها تطبيقات في صناعات السيارات والطاقة والفضاء.

على الرغم من أنه لا يمكنك شراء هذه الأجهزة من الرف الآن ، يقوم الباحثون حاليًا ببنائها في المعامل لاختبارها في العالم الحقيقي ، وحتى على الكواكب الأخرى.

على سبيل المثال ، طورت وكالة ناسا خلية التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب والتي مكنت Mars 2020 Perseverance Rover من إنتاج الأكسجين من الغاز في الغلاف الجوي للمريخ في 22 أبريل. تأمل ناسا أن يؤدي هذا النموذج الأولي يومًا ما إلى معدات تسمح لرواد الفضاء بتوليد وقود الصواريخ والهواء القابل للتنفس بينما على المريخ.

قال نيكولاس ، الأستاذ المشارك في كلية الهندسة ، إنه لمساعدة مثل هذه النماذج الأولية في أن تصبح منتجات تجارية ، فإنها ستحتاج إلى الحفاظ على أدائها في درجات حرارة عالية على مدى فترات طويلة من الزمن.

تم جذبه إلى هذا المجال بعد سنوات من استخدام خلايا وقود الأكسيد الصلب ، والتي تعمل مثل خلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب في الاتجاه المعاكس. فبدلاً من استخدام الطاقة لإنتاج الغازات أو الوقود ، فإنهم يولدون الطاقة من تلك المواد الكيميائية.

تعمل خلايا وقود الأكسيد الصلب مع الغازات عند درجات حرارة عالية. قال نيكولاس ، الذي يقود مختبرًا في قسم الهندسة الكيميائية وعلوم المواد ، "نحن قادرون على التفاعل الكهروكيميائي لهذه الغازات لإخراج الكهرباء وهذه العملية أكثر كفاءة بكثير من انفجار الوقود مثل محرك الاحتراق الداخلي".

ولكن حتى بدون انفجارات ، تحتاج خلية الوقود إلى تحمل ظروف العمل المكثفة.

قال نيكولاس: "تعمل هذه الأجهزة عادة بحوالي 700 إلى 800 درجة مئوية ، وعليها أن تفعل ذلك لفترة طويلة - 40,000 ساعة على مدار حياتها". للمقارنة ، هذا ما يقرب من 1,300 إلى 1,400 درجة فهرنهايت ، أو حوالي ضعف درجة حرارة فرن البيتزا التجاري.

قال نيكولاس: "وعلى مدى تلك الحياة ، تقوم بتدويرها حراريًا". "تقوم بتبريده وتسخينه احتياطيًا. إنها بيئة قاسية للغاية. يمكن أن تنفجر أسلاك الدائرة الكهربائية ".

وبالتالي ، فإن إحدى العقبات التي تواجه هذه التكنولوجيا المتقدمة بدائية إلى حد ما: فالدوائر الموصلة ، غالبًا ما تكون مصنوعة من الفضة ، تحتاج إلى التمسك بشكل أفضل بمكونات السيراميك الأساسية.

وجد الباحثون أن سر تحسين الالتصاق هو إضافة طبقة وسيطة من النيكل المسامي بين الفضة والسيراميك.

من خلال إجراء التجارب والمحاكاة الحاسوبية لكيفية تفاعل المواد ، قام الفريق بتحسين كيفية ترسيب النيكل على السيراميك. ولإنشاء طبقات نيكل رفيعة مسامية على السيراميك بنمط أو تصميم من اختيارهم ، لجأ الباحثون إلى طباعة الشاشة.

قال نيكولاس: "إنها نفس طباعة الشاشة المستخدمة في صناعة القمصان". "نحن فقط نطبع الإلكترونيات على الشاشة بدلاً من القمصان. إنها تقنية صديقة للغاية للتصنيع ".

بمجرد وضع النيكل في مكانه ، يضعه الفريق في اتصال مع الفضة المصهورة عند درجة حرارة تبلغ حوالي 1,000 درجة مئوية. لا يتحمل النيكل هذه الحرارة فحسب - حيث تبلغ درجة انصهاره 1,455 درجة مئوية - ولكنه أيضًا يوزع الفضة المسالة بشكل موحد على ميزاتها الدقيقة باستخدام ما يسمى بالعمل الشعري.

قال نيكولاس: "إنها تشبه الشجرة تقريبًا". "الشجرة تصل الماء إلى فروعها عن طريق عمل الشعيرات الدموية. النيكل يلتقط الفضة المصهورة من خلال نفس الآلية ".

بمجرد أن تبرد الفضة وتتصلب ، يبقيها النيكل مغلقًا على السيراميك ، حتى في درجة حرارة 700 إلى 800 درجة مئوية ستواجه داخل خلية وقود أكسيد صلب أو خلية التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب. وهذا النهج لديه أيضًا القدرة على مساعدة التقنيات الأخرى ، حيث يمكن أن تعمل الإلكترونيات ساخنة.

قال جون ديبلينج ، مدير التكنولوجيا في MSU Technologies ، مكتب نقل التكنولوجيا والتسويق بولاية ميشيغان: "هناك مجموعة متنوعة من التطبيقات الإلكترونية التي تتطلب لوحات دوائر يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية أو الطاقة العالية". "تتضمن هذه التطبيقات الموجودة في أسواق السيارات والطيران والأسواق الصناعية والعسكرية ، ولكن أيضًا التطبيقات الأحدث مثل الخلايا الشمسية وخلايا وقود الأكسيد الصلب."

بصفته مديرًا للتكنولوجيا ، يعمل Debling على تسويق ابتكارات Spartan وهو يعمل على المساعدة في الحصول على براءة اختراع لهذه العملية لإنشاء إلكترونيات أكثر صرامة.

وقال "هذه التكنولوجيا تحسن كبير - في التكلفة واستقرار درجة الحرارة - على تقنيات ترسيب المعجون والبخار الحالية".

من جانبه ، لا يزال نيكولاس مهتمًا أكثر بالتطبيقات المتطورة في الأفق ، مثل خلايا وقود الأكسيد الصلب وخلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب.

قال نيكولاس: "نحن نعمل على تحسين موثوقيتها هنا على الأرض - وعلى المريخ".

# # #

كما ساهم في المشروع باحثو الهندسة المتقشفون الأستاذ المساعد هوي تشيا يو والبروفيسور تيموثي هوجان والبروفيسور توماس بيلر. شمل الباحثون من طلاب الدراسات العليا في المشروع جينجي هو ، وكوان تشو ، وأيسواريا باتلاواندي ، وجيون بارك ، وروبرت تيرموهلين ، ويوكسي ما (تخرج تشو وباتلاواندي وما بعد ذلك).

أحد قادة المشروع في جامعة براون ، البروفيسور يو كي ، له أيضًا علاقات مع جامعة ولاية ميشيغان. شغلت منصب عضو هيئة التدريس والعميد المساعد الافتتاحي للشمول والتنوع في كلية الهندسة حتى عام 2020.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
كارولين بروكس

تضمين التغريدة

حقوق النشر © جامعة ولاية ميتشيغان

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: