एक्सट्रीम इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आशा की किरण

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MSU शोधकर्ताओं ने अधिक लचीला सर्किटरी बनाने के लिए एक प्रक्रिया विकसित की, जिसका उन्होंने सिल्वर स्पार्टन हेलमेट बनाकर प्रदर्शन किया। सर्किट जेन कॉलेज के सहायक प्रोफेसर जेन मैनफ्रेडी द्वारा डिजाइन किया गया था। साभार: एक्टा मटीरियलिया इंक / एलसेवियर

सार:
कल की अत्याधुनिक तकनीक को ऐसे इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होगी जो चरम स्थितियों को सहन कर सकें। इसलिए मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी के जेसन निकोलस के नेतृत्व में शोधकर्ताओं का एक समूह आज मजबूत सर्किट का निर्माण कर रहा है।

चरम इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक चांदी का अस्तर

ईस्ट लांसिंग, एमआई | 30 अप्रैल, 2021 को पोस्ट किया गया

निकोलस और उनकी टीम ने निकल से सहायता के साथ अधिक गर्मी लचीला सिल्वर सर्किटरी विकसित की है। टीम ने काम का वर्णन किया, जिसे यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल प्रोग्राम द्वारा वित्तपोषित किया गया था, 15 अप्रैल को पटकथा पत्रिका में।

अगली पीढ़ी के ईंधन कोशिकाओं, उच्च तापमान अर्धचालक और ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस कोशिकाओं - एमएसयू टीम को लाभ पहुंचाने वाले उपकरणों के प्रकार ऑटो, ऊर्जा और एयरोस्पेस उद्योगों में अनुप्रयोग हो सकते हैं।

यद्यपि आप इन उपकरणों को अब शेल्फ से नहीं खरीद सकते हैं, शोधकर्ता वर्तमान में उन्हें प्रयोगशालाओं में वास्तविक दुनिया में परीक्षण करने के लिए बना रहे हैं, और अन्य ग्रहों पर भी।

उदाहरण के लिए, नासा ने एक ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस सेल विकसित किया, जो 2020 अप्रैल को मंगल ग्रह के वायुमंडल में गैस से ऑक्सीजन बनाने के लिए मार्स 22 दृढ़ता रोवर को सक्षम बनाता है। नासा को उम्मीद है कि इस प्रोटोटाइप से एक दिन उन उपकरणों का नेतृत्व होगा जो अंतरिक्ष यात्रियों को रॉकेट ईंधन और सांस लेने वाली हवा बनाने की अनुमति देता है मंगल पर।

इस तरह के प्रोटोटाइप को वाणिज्यिक उत्पाद बनने में मदद करने के लिए, हालांकि, उन्हें लंबे समय तक उच्च तापमान पर अपने प्रदर्शन को बनाए रखने की आवश्यकता होगी, कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में एक एसोसिएट प्रोफेसर निकोलस ने कहा।

वह ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने के वर्षों के बाद इस क्षेत्र में आ गया था, जो रिवर्स में ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस कोशिकाओं की तरह काम करता है। गैसों या ईंधन बनाने के लिए ऊर्जा का उपयोग करने के बजाय, वे उन रसायनों से ऊर्जा बनाते हैं।

“ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल उच्च तापमान पर गैसों के साथ काम करते हैं। हम इलेक्ट्रोकेमिकल इंजिनियरिंग और मटेरियल साइंस डिपार्टमेंट में लैब का नेतृत्व करने वाले निकोलस के मुताबिक, हम इलेक्ट्रोकेमिकली रिएक्ट करने में सक्षम हैं, जिससे बिजली बाहर निकलने के लिए गैसें निकलती हैं और यह प्रक्रिया ईंधन के विस्फोट की तुलना में बहुत अधिक कारगर है।

लेकिन विस्फोटों के बिना भी, ईंधन सेल को तीव्र काम करने की स्थिति का सामना करना पड़ता है।

निकोलस ने कहा, "ये उपकरण आमतौर पर 700 से 800 डिग्री सेल्सियस के आसपास संचालित होते हैं, और उन्हें इसे लंबे समय तक करना होता है - 40,000 घंटे। तुलना के लिए, यह लगभग 1,300 से 1,400 डिग्री फ़ारेनहाइट, या एक वाणिज्यिक पिज्जा ओवन का तापमान लगभग दोगुना है।

निकोलस ने कहा, "और उस जीवनकाल में, आप इसे थर्मल रूप से साइकिल चला रहे हैं।" “आप इसे ठंडा कर रहे हैं और इसे वापस गर्म कर रहे हैं। यह बहुत चरम वातावरण है। आप सर्किट बंद पॉप हो सकता है। ”

इस प्रकार, इस उन्नत तकनीक का सामना कर रहे बाधाओं में से एक बल्कि अल्पविकसित है: प्रवाहकीय सर्किटरी, जो अक्सर चांदी से बना होता है, अंतर्निहित सिरेमिक घटकों के लिए बेहतर छड़ी की आवश्यकता होती है।

आसंजन को सुधारने का रहस्य, शोधकर्ताओं ने पाया, चांदी और सिरेमिक के बीच झरझरा निकल की एक मध्यवर्ती परत जोड़ना था।

सामग्री के आदान-प्रदान के प्रयोगों और कंप्यूटर सिमुलेशन का प्रदर्शन करके, टीम ने अनुकूलित किया कि यह सिरेमिक पर निकल कैसे जमा करता है। और सिरेमिक के पतले, छिद्रपूर्ण निकल परतों को उनके चयन के एक पैटर्न या डिज़ाइन में बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने स्क्रीन प्रिंटिंग की ओर रुख किया।

निकोलस ने कहा, "यह वही स्क्रीन प्रिंटिंग है जिसका उपयोग टी-शर्ट बनाने के लिए किया जाता है।" “हम शर्ट के बजाय सिर्फ स्क्रीन-प्रिंटिंग इलेक्ट्रॉनिक्स हैं। यह एक बहुत ही विनिर्माण-अनुकूल तकनीक है। ”

एक बार निकल जाने के बाद, टीम इसे चांदी के संपर्क में रखती है जो लगभग 1,000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पिघल जाती है। निकेल न केवल उस गर्मी का सामना करता है - उसका गलनांक 1,455 डिग्री सेल्सियस है - लेकिन यह केशिका क्रिया भी कहलाता है और इसके ठीक फीचर्स पर समान रूप से तरल सिल्वर वितरित करता है।

"यह लगभग एक पेड़ की तरह है," निकोलस ने कहा। "एक पेड़ केशिका कार्रवाई के माध्यम से अपनी शाखाओं तक पानी जाता है। निकल उसी तंत्र के माध्यम से पिघला हुआ चांदी को मिटा रहा है। "

एक बार जब चांदी ठंडी हो जाती है और ठोस हो जाती है, तो निकल इसे सिरेमिक पर बंद कर देता है, यहां तक कि 700 से 800 डिग्री सेल्सियस की गर्मी में भी यह ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल या ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस सेल के अंदर होता है। और इस दृष्टिकोण में अन्य प्रौद्योगिकियों की मदद करने की भी क्षमता है, जहां इलेक्ट्रॉनिक्स गर्म चल सकते हैं।

MSU टेक्नोलॉजीज, मिशिगन राज्य के तकनीकी हस्तांतरण और व्यावसायीकरण कार्यालय के एक प्रौद्योगिकी प्रबंधक, जॉन डेबलिंग ने कहा, "इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत विविधता है जो सर्किट बोर्डों की आवश्यकता होती है जो उच्च तापमान या उच्च शक्ति का सामना कर सकते हैं।" "इनमें ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस, औद्योगिक और सैन्य बाजारों में मौजूदा अनुप्रयोग शामिल हैं, लेकिन नए जैसे सौर सेल और ठोस ऑक्साइड सेल भी शामिल हैं।"

एक प्रौद्योगिकी प्रबंधक के रूप में, डेबलिंग स्पार्टन नवाचारों के व्यवसायीकरण के लिए काम करता है और वह कठिन इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए इस प्रक्रिया को पेटेंट कराने में मदद करने के लिए काम कर रहा है।

"यह तकनीक एक महत्वपूर्ण सुधार है - लागत और तापमान स्थिरता में - मौजूदा पेस्ट और वाष्प जमाव प्रौद्योगिकियों पर," उन्होंने कहा।

अपने हिस्से के लिए, निकोलस क्षितिज पर उन अत्याधुनिक अनुप्रयोगों में सबसे अधिक रुचि रखता है, ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं और ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस कोशिकाओं जैसी चीजें।

निकोलस ने कहा, "हम पृथ्वी पर और मंगल ग्रह पर अपनी विश्वसनीयता को बेहतर बनाने के लिए काम कर रहे हैं।"

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परियोजना में योगदान देने वाले स्पार्टन इंजीनियरिंग शोधकर्ता सहायक प्रोफेसर हुई-चिया यू, प्रोफेसर टिमोथी होगन और प्रोफेसर थॉमस बीलर थे। परियोजना के स्नातक छात्र शोधकर्ताओं में गेन्झी हू, क्वान झोउ, ऐश्वर्या भटलावांडे, जियुन पार्क, रॉबर्ट टर्मुलेन और युक्सी मा (झोउ, भटलावांडे और मा ने स्नातक की उपाधि प्राप्त की है) शामिल हैं।

ब्राउन यूनीवर्सिटी के प्रोजेक्ट यू के में से एक प्रोफेसर यू क्यूई का भी MSU से नाता है। उन्होंने संकाय और 2020 में इंजीनियरिंग कॉलेज में समावेश और विविधता के उद्घाटन सहयोगी डीन के रूप में कार्य किया।

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कैरोलिन ब्रूक्स

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