A Silver Lining For Extreme Electronics

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Ασημένια επένδυση για ακραία ηλεκτρονικά

Οι ερευνητές του MSU ανέπτυξαν μια διαδικασία για τη δημιουργία πιο ανθεκτικών κυκλωμάτων, την οποία απέδειξαν δημιουργώντας ένα ασημένιο σπαρτιατικό κράνος. Το κύκλωμα σχεδιάστηκε από την Jane Manfredi, επίκουρη καθηγήτρια στο Κολλέγιο Κτηνιατρικής. Πίστωση: Acta Materialia Inc./Elsevier

Περίληψη:
Η τεχνολογία αιχμής του αύριο θα χρειαστεί ηλεκτρονικά που μπορούν να ανεχθούν ακραίες συνθήκες. Γι 'αυτό μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Jason Nicholas του Πανεπιστημίου του Michigan State University χτίζει ισχυρότερα κυκλώματα σήμερα.

Ασημένια επένδυση για ακραία ηλεκτρονικά

East Lansing, ΜΙ | Δημοσιεύτηκε στις 30 Απριλίου 2021

Ο Νίκολας και η ομάδα του έχουν αναπτύξει περισσότερα ασημένια κυκλώματα ανθεκτικά στη θερμότητα με τη βοήθεια του νικελίου. Η ομάδα περιέγραψε το έργο, το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το Πρόγραμμα Ενεργειακών Στερεών Οξειδίων Καυσίμων των ΗΠΑ, στις 15 Απριλίου στο περιοδικό Scripta Materialia.

Οι τύποι συσκευών που εργάζεται για να ωφελήσει η ομάδα MSU - κυψέλες καυσίμου επόμενης γενιάς, ημιαγωγοί υψηλής θερμοκρασίας και κυψέλες ηλεκτρολύσεως στερεών οξειδίων - θα μπορούσαν να έχουν εφαρμογές στη βιομηχανία αυτοκινήτων, ενέργειας και αεροδιαστημικής.

Αν και δεν μπορείτε να αγοράσετε αυτές τις συσκευές από το ράφι τώρα, οι ερευνητές τις κατασκευάζουν σήμερα σε εργαστήρια για να δοκιμάσουν στον πραγματικό κόσμο, ακόμη και σε άλλους πλανήτες.

Για παράδειγμα, η NASA ανέπτυξε ένα κύτταρο ηλεκτρολύσεως στερεού οξειδίου που επέτρεψε στο Mars 2020 Perseverance Rover να παράγει οξυγόνο από αέριο στην αττική ατμόσφαιρα στις 22 Απριλίου. Η NASA ελπίζει ότι αυτό το πρωτότυπο θα οδηγήσει μια μέρα σε εξοπλισμό που επιτρέπει στους αστροναύτες να δημιουργούν πυραύλους και αναπνεύσιμο αέρα ενώ βρίσκεστε στον Άρη.

Ωστόσο, για να βοηθήσουν αυτά τα πρωτότυπα να γίνουν εμπορικά προϊόντα, θα πρέπει να διατηρήσουν την απόδοσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες για μεγάλες χρονικές περιόδους, δήλωσε ο Νίκολας, αναπληρωτής καθηγητής στο Κολέγιο Μηχανικών.

Τον προσέλκυσε σε αυτό το πεδίο μετά από χρόνια χρήσης κυψελών καυσίμου στερεού οξειδίου, τα οποία λειτουργούν σαν κελιά ηλεκτρολύσεως στερεού οξειδίου. Αντί να χρησιμοποιούν ενέργεια για τη δημιουργία αερίων ή καυσίμων, δημιουργούν ενέργεια από αυτές τις χημικές ουσίες.

«Οι κυψέλες στερεών οξειδίων λειτουργούν με αέρια σε υψηλή θερμοκρασία. Είμαστε σε θέση να αντιδράσουμε ηλεκτροχημικά αυτά τα αέρια για να βγάλουμε ηλεκτρισμό και αυτή η διαδικασία είναι πολύ πιο αποτελεσματική από την έκρηξη καυσίμου όπως κάνει ο κινητήρας εσωτερικής καύσης », δήλωσε ο Νίκολας, ο οποίος ηγείται εργαστηρίου στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών και Επιστήμης Υλικών.

Αλλά ακόμη και χωρίς εκρήξεις, η κυψέλη καυσίμου πρέπει να αντέχει σε έντονες συνθήκες εργασίας.

«Αυτές οι συσκευές λειτουργούν συνήθως περίπου 700 έως 800 βαθμούς Κελσίου και πρέπει να το κάνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα - 40,000 ώρες κατά τη διάρκεια της ζωής τους», δήλωσε ο Νίκολας. Συγκριτικά, αυτό είναι περίπου 1,300 έως 1,400 βαθμούς Φαρενάιτ, ή περίπου το διπλάσιο της θερμοκρασίας ενός φούρνου εμπορικής πίτσας.

«Και κατά τη διάρκεια αυτής της ζωής, το κάνεις θερμικά», είπε ο Νίκολας. «Το κρυώνεις και το θερμαίνεις. Είναι ένα πολύ ακραίο περιβάλλον. Μπορείτε να σβήσετε τους αγωγούς κυκλώματος. "

Έτσι, ένα από τα εμπόδια που αντιμετωπίζει αυτή η προηγμένη τεχνολογία είναι μάλλον στοιχειώδες: Το αγώγιμο κύκλωμα, συχνά κατασκευασμένο από ασήμι, πρέπει να κολλήσει καλύτερα στα υποκείμενα κεραμικά εξαρτήματα.

Το μυστικό για τη βελτίωση της πρόσφυσης, διαπίστωσαν οι ερευνητές, ήταν η προσθήκη ενός ενδιάμεσου στρώματος πορώδους νικελίου μεταξύ του αργύρου και του κεραμικού.

Εκτελώντας πειράματα και προσομοιώσεις υπολογιστών σχετικά με τον τρόπο αλληλεπίδρασης των υλικών, η ομάδα βελτιστοποίησε τον τρόπο κατάθεσης του νικελίου στο κεραμικό. Και για να δημιουργήσουν τα λεπτά, πορώδη στρώματα νικελίου στο κεραμικό με σχέδιο ή σχέδιο της επιλογής τους, οι ερευνητές στράφηκαν στην εκτύπωση οθόνης.

«Είναι η ίδια εκτύπωση που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μπλουζών», είπε ο Νίκολας. «Είμαστε απλώς ηλεκτρονικά εκτύπωσης οθόνης αντί για πουκάμισα. Είναι μια πολύ φιλική προς την κατασκευή τεχνική. "

Μόλις το νικέλιο είναι στη θέση του, η ομάδα το βάζει σε επαφή με ασήμι που λιώνει σε θερμοκρασία περίπου 1,000 βαθμούς Κελσίου. Το νικέλιο δεν αντέχει μόνο στη θερμότητα - το σημείο τήξης του είναι 1,455 βαθμούς Κελσίου - αλλά επίσης κατανέμει το υγροποιημένο ασήμι ομοιόμορφα πάνω στα ωραία χαρακτηριστικά του χρησιμοποιώντας αυτό που ονομάζεται τριχοειδή δράση.

«Είναι σχεδόν σαν δέντρο», είπε ο Νίκολας. «Ένα δέντρο παίρνει νερό μέχρι τα κλαδιά του μέσω τριχοειδούς δράσης. Το νικέλιο απορροφά το λιωμένο ασήμι μέσω του ίδιου μηχανισμού. "

Μόλις ο άργυρος κρυώσει και στερεοποιηθεί, το νικέλιο το κρατά κλειδωμένο πάνω στο κεραμικό, ακόμη και σε θερμότητα 700 έως 800 βαθμούς Κελσίου που θα αντιμετώπιζε μέσα σε μια κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου ή μια κυψέλη ηλεκτρολύσεως στερεού οξειδίου. Και αυτή η προσέγγιση έχει επίσης τη δυνατότητα να βοηθήσει άλλες τεχνολογίες, όπου τα ηλεκτρονικά μπορούν να λειτουργούν ζεστά.

«Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία ηλεκτρονικών εφαρμογών που απαιτούν πλακέτες κυκλώματος που μπορούν να αντέξουν σε υψηλές θερμοκρασίες ή υψηλή ισχύ», δήλωσε ο Jon Debling, διευθυντής τεχνολογίας της MSU Technologies, γραφείο μεταφοράς και εμπορίας τεχνολογίας του Michigan State. "Αυτές περιλαμβάνουν υπάρχουσες εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροδιαστημική, τη βιομηχανική και τη στρατιωτική αγορά, αλλά και νεότερες όπως ηλιακή κυψέλη και κυψέλες στερεών οξειδίων."

Ως υπεύθυνος τεχνολογίας, το Debling εργάζεται για να εμπορευματοποιήσει τις καινοτομίες της Σπάρτης και εργάζεται για να βοηθήσει στην κατοχύρωση αυτής της διαδικασίας για τη δημιουργία πιο σκληρών ηλεκτρονικών.

"Αυτή η τεχνολογία είναι μια σημαντική βελτίωση - στο κόστος και τη σταθερότητα θερμοκρασίας - σε σχέση με τις υπάρχουσες τεχνολογίες εναπόθεσης πάστας και ατμών", είπε.

Από την πλευρά του, ο Νίκολας εξακολουθεί να ενδιαφέρεται περισσότερο για αυτές τις εφαρμογές αιχμής στον ορίζοντα, όπως κυψέλες στερεού οξειδίου και κυψέλες ηλεκτρολύσεως στερεού οξειδίου.

«Εργαζόμαστε για να βελτιώσουμε την αξιοπιστία τους εδώ στη Γη και στον Άρη», δήλωσε ο Νίκολας.

###

Επίσης, στο έργο συμμετείχαν ερευνητές της Σπαρτιάτικης μηχανικής, Επίκουρος καθηγητής Hui-Chia Yu, καθηγητής Timothy Hogan και καθηγητής Thomas Bieler. Οι μεταπτυχιακοί ερευνητές του έργου περιελάμβαναν τους Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen και Yuxi Ma (από τότε έχουν αποφοιτήσει) οι Zhou, Bhatlawande και Ma.

Ένας από τους συνεργάτες του έργου στο Πανεπιστήμιο Brown, ο καθηγητής Yue Qi, έχει επίσης δεσμούς με το MSU. Υπηρέτησε ως καθηγητής και ο εναρκτήριος συνεργάτης της ένταξης και της διαφορετικότητας στο Κολέγιο Μηχανικών έως το 2020.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Κάρολιν Μπρουκς

@MSUnews

Πνευματικά δικαιώματα © Michigan State University

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: