A Silver Lining For Extreme Electronics

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Hõbedane vooder ekstreemelektroonika jaoks

MSU teadlased töötasid välja vastupidavama vooluahela loomiseks protsessi, mida nad demonstreerisid hõbedase Sparta kiivri loomisega. Ringraja kujundas veterinaarmeditsiini kolledži dotsent Jane Manfredi. Krediit: Acta Materialia Inc./Elsevier

Abstraktne:
Homne tipptehnoloogia vajab elektroonikat, mis talub ekstreemseid tingimusi. Seetõttu ehitab Michigani osariigi ülikooli Jason Nicholase juhitud teadlaste rühm täna tugevamaid vooluringe.

Hõbedane vooder ekstreemelektroonika jaoks

East Lansing, MI | Postitatud 30. aprillil 2021

Nicholas ja tema meeskond on nikli abil välja töötanud kuumuskindlama hõbeahela. Töörühm kirjeldas USA energiaministeeriumi tahkeoksiidi kütuseelementide programmi rahastatud tööd 15. aprillil ajakirjas Scripta Materialia.

Seadmete tüübid, mille nimel MSU meeskond töötab – järgmise põlvkonna kütuseelemendid, kõrgtemperatuursed pooljuhid ja tahkeoksiidi elektrolüüsielemendid – võiksid olla kasutusel auto-, energia- ja kosmosetööstuses.

Kuigi te ei saa neid seadmeid praegu riiulilt osta, ehitavad teadlased neid praegu laborites, et testida neid pärismaailmas ja isegi teistel planeetidel.

Näiteks töötas NASA välja tahke oksiidelektrolüüsielemendi, mis võimaldas Mars 2020 Perseverance Roveril 22. aprillil Marsi atmosfääri gaasist hapnikku toota. NASA loodab, et see prototüüp viib kunagi seadmeteni, mis võimaldavad astronautidel luua raketikütust ja hingavat õhku. Marsil olles.

Et aidata sellistel prototüüpidel saada kaubanduslikeks toodeteks, peavad nad säilitama oma jõudlust kõrgel temperatuuril pikka aega, ütles Nicholas, tehnikakolledži dotsent.

Teda tõmbas sellesse valdkonda pärast aastatepikkust tahkeoksiidi kütuseelementide kasutamist, mis töötavad nagu tahke oksiidi elektrolüüsielemendid vastupidises suunas. Selle asemel, et kasutada energiat gaaside või kütuse tootmiseks, loovad nad nendest kemikaalidest energiat.

"Tahkeoksiidkütuseelemendid töötavad kõrgel temperatuuril gaasidega. Me suudame neid gaase elektrokeemiliselt reageerida, et elekter välja saada, ja see protsess on palju tõhusam kui kütuse plahvatamine nagu sisepõlemismootor,“ ütles Nicholas, kes juhib keemiatehnika ja materjaliteaduse osakonna laboratooriumi.

Kuid isegi ilma plahvatusteta peab kütuseelement vastu pidama intensiivsetele töötingimustele.

"Need seadmed töötavad tavaliselt umbes 700–800 kraadi Celsiuse järgi ja nad peavad seda tegema pikka aega - 40,000 1,300 tundi kogu eluea jooksul," ütles Nicholas. Võrdluseks, see on umbes 1,400–XNUMX kraadi Fahrenheiti ehk umbes kaks korda kõrgem kui kaubandusliku pitsaahju temperatuur.

"Ja selle elu jooksul sõidate sellega termiliselt," ütles Nicholas. "Jahutate seda maha ja soojendate uuesti üles. See on väga ekstreemne keskkond. Sul võivad vooluringi juhtmed lahti tulla.

Seega on üks selle arenenud tehnoloogia ees seisvatest takistustest üsna algeline: juhtiv vooluring, mis on sageli valmistatud hõbedast, peab paremini kleepuma aluseks olevate keraamiliste komponentidega.

Adhesiooni parandamise saladuseks leidsid teadlased, et hõbeda ja keraamika vahele lisati poorse nikli vahekiht.

Tehes katseid ja arvutisimulatsioone materjalide koostoime kohta, optimeeris meeskond nikli keraamikale sadestamist. Keraamikale õhukeste poorsete niklikihtide loomiseks enda valitud mustri või kujundusega pöördusid teadlased siiditrüki poole.

"See on sama siiditrükk, mida kasutatakse T-särkide valmistamiseks," ütles Nicholas. “Me lihtsalt trükime särkide asemel elektroonikat siiditrükiks. See on väga tootmissõbralik tehnika.

Kui nikkel on paigas, paneb meeskond selle kontakti hõbedaga, mis on sulanud umbes 1,000 kraadi Celsiuse järgi. Nikkel mitte ainult ei talu seda kuumust – selle sulamistemperatuur on 1,455 kraadi Celsiuse järgi –, vaid jaotab ka vedeldatud hõbeda ühtlaselt üle oma peente omaduste, kasutades nn kapillaartegevust.

"See on peaaegu nagu puu," ütles Nicholas. "Puu tõmbab vett kuni oksteni kapillaaride toimel. Nikkel imeb sulahõbedat sama mehhanismi kaudu.

Kui hõbe jahtub ja tahkub, hoiab nikkel seda keraamika külge lukustatuna, isegi 700–800 kraadi Celsiuse järgi jääks see tahke oksiidkütuseelemendi või tahke oksiidi elektrolüüsielemendi sees. Ja see lähenemisviis võib aidata ka teisi tehnoloogiaid, kus elektroonika võib kuumeneda.

"On palju erinevaid elektroonilisi rakendusi, mis nõuavad trükkplaate, mis taluvad kõrget temperatuuri või suurt võimsust," ütles Jon Debling, Michigani osariigi tehnosiirde ja kommertsialiseerimise büroo MSU Technologies tehnoloogiajuht. "Nende hulka kuuluvad olemasolevad rakendused auto-, kosmose-, tööstus- ja sõjalisel turul, aga ka uuemad, näiteks päikesepatareid ja tahkeoksiidkütuseelemendid."

Tehnoloogiajuhina töötab Debling Sparta uuenduste kommertsialiseerimise nimel ja töötab selle nimel, et aidata patenteerida seda karmima elektroonika loomise protsessi.

"See tehnoloogia on kulude ja temperatuuri stabiilsuse osas märkimisväärne edasiminek võrreldes olemasolevate pasta- ja aurustamise-sadestamise tehnoloogiatega," ütles ta.

Omalt poolt huvitab Nicholast enim silmapiiril olevad tipptasemel rakendused, nagu tahkeoksiidi kütuseelemendid ja tahke oksiidi elektrolüüsielemendid.

"Me töötame selle nimel, et parandada nende töökindlust siin Maal ja Marsil," ütles Nicholas.

# # #

Projekti aitasid kaasa ka Sparta inseneriuurijad abiprofessor Hui-Chia Yu, professor Timothy Hogan ja professor Thomas Bieler. Projekti kraadiõppurite hulka kuulusid Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen ja Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande ja Ma on sellest ajast peale lõpetanud).

Üks projekti juhtidest Browni ülikoolis, professor Yue Qi, on samuti seotud MSU-ga. Ta töötas kuni 2020. aastani insenerikolledžis õppejõuna ning kaasamise ja mitmekesisuse inauguratsioonidekaanina.

####

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Caroline Brooks

@MSUnews

Autoriõigus © Michigani osariigi ülikool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: