Lapisan Perak Untuk Elektronik Ekstrim

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Lapisan perak untuk elektronik ekstrem

Peneliti MSU mengembangkan proses untuk membuat sirkuit yang lebih tangguh, yang mereka tunjukkan dengan membuat helm Spartan perak. Sirkuit ini dirancang oleh Jane Manfredi, asisten profesor di College of Veterinary Medicine. Kredit: Acta Materialia Inc./Elsevier

Abstrak:
Teknologi mutakhir masa depan akan membutuhkan elektronik yang dapat mentolerir kondisi ekstrim. Itulah mengapa sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Jason Nicholas dari Michigan State University sedang membangun sirkuit yang lebih kuat saat ini.

Lapisan perak untuk elektronik ekstrem

East Lansing, MI | Diposting pada 30 April 2021

Nicholas dan timnya telah mengembangkan sirkuit perak yang lebih tahan panas dengan bantuan dari nikel. Tim menjelaskan pekerjaan yang didanai oleh Program Sel Bahan Bakar Oksida Padat Departemen Energi AS, pada 15 April di jurnal Scripta Materialia.

Jenis perangkat yang dimanfaatkan tim MSU - sel bahan bakar generasi berikutnya, semikonduktor suhu tinggi, dan sel elektrolisis oksida padat - dapat diterapkan di industri otomotif, energi, dan ruang angkasa.

Meskipun Anda tidak dapat membeli perangkat ini sekarang, para peneliti sedang membangunnya di laboratorium untuk diuji di dunia nyata, dan bahkan di planet lain.

Misalnya, NASA mengembangkan sel elektrolisis oksida padat yang memungkinkan Mars 2020 Perseverance Rover membuat oksigen dari gas di atmosfer Mars pada 22 April. NASA berharap prototipe ini suatu hari nanti akan menghasilkan peralatan yang memungkinkan astronot membuat bahan bakar roket dan udara bernapas. saat berada di Mars.

Untuk membantu prototipe semacam itu menjadi produk komersial, mereka harus mempertahankan kinerjanya pada suhu tinggi dalam jangka waktu yang lama, kata Nicholas, seorang profesor di College of Engineering.

Dia tertarik pada bidang ini setelah bertahun-tahun menggunakan sel bahan bakar oksida padat, yang bekerja seperti sel elektrolisis oksida padat secara terbalik. Alih-alih menggunakan energi untuk membuat gas atau bahan bakar, mereka menciptakan energi dari bahan kimia tersebut.

“Sel bahan bakar oksida padat bekerja dengan gas pada suhu tinggi. Kami mampu bereaksi secara elektrokimia terhadap gas-gas tersebut untuk mengeluarkan listrik dan proses itu jauh lebih efisien daripada bahan bakar yang meledak seperti yang dilakukan mesin pembakaran internal, ”kata Nicholas, yang memimpin laboratorium di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material.

Tetapi bahkan tanpa ledakan, sel bahan bakar harus tahan terhadap kondisi kerja yang intens.

"Perangkat ini biasanya beroperasi sekitar 700 hingga 800 derajat Celcius, dan mereka harus melakukannya untuk waktu yang lama - 40,000 jam selama masa pakainya," kata Nicholas. Sebagai perbandingan, suhu tersebut sekitar 1,300 hingga 1,400 derajat Fahrenheit, atau sekitar dua kali lipat suhu oven pizza komersial.

"Dan selama masa hidup itu, Anda mengendarainya secara termal," kata Nicholas. “Anda mendinginkannya dan memanaskannya kembali. Ini lingkungan yang sangat ekstrim. Anda dapat mematikan kabel sirkuit. ”

Jadi, salah satu rintangan yang dihadapi teknologi canggih ini agak tidak sempurna: Sirkuit konduktif, yang sering kali terbuat dari perak, harus lebih menempel pada komponen keramik yang mendasarinya.

Rahasia untuk meningkatkan daya rekat, para peneliti menemukan, adalah dengan menambahkan lapisan perantara nikel berpori antara perak dan keramik.

Dengan melakukan eksperimen dan simulasi komputer tentang bagaimana bahan berinteraksi, tim mengoptimalkan cara mengendapkan nikel pada keramik. Dan untuk membuat lapisan nikel berpori tipis pada keramik dengan pola atau desain pilihan mereka, para peneliti beralih ke sablon.

"Sablonnya sama dengan yang digunakan untuk membuat kaus oblong," kata Nicholas. “Kami hanya sablon elektronik, bukan kemeja. Ini adalah teknik yang sangat ramah pabrikan. "

Setelah nikel terpasang, tim memasukkannya ke dalam kontak dengan perak yang meleleh pada suhu sekitar 1,000 derajat Celcius. Nikel tidak hanya tahan terhadap panas itu - titik lelehnya 1,455 derajat Celcius - tetapi juga mendistribusikan perak cair secara seragam di atas fitur-fiturnya yang bagus menggunakan apa yang disebut aksi kapiler.

"Ini hampir seperti pohon," kata Nicholas. “Sebuah pohon mendapatkan air ke cabang-cabangnya melalui aksi kapiler. Nikel menyerap perak cair melalui mekanisme yang sama. "

Setelah perak mendingin dan mengeras, nikel tetap mengunci keramik, bahkan dalam suhu 700 hingga 800 derajat Celcius, ia akan menghadapinya di dalam sel bahan bakar oksida padat atau sel elektrolisis oksida padat. Dan pendekatan ini juga berpotensi membantu teknologi lain, di mana elektronik bisa menjadi panas.

“Ada berbagai macam aplikasi elektronik yang membutuhkan papan sirkuit yang dapat menahan suhu tinggi atau daya tinggi,” kata Jon Debling, manajer teknologi di MSU Technologies, transfer teknologi dan kantor komersialisasi Michigan State. "Ini termasuk aplikasi yang sudah ada di pasar otomotif, kedirgantaraan, industri dan militer, tetapi juga yang lebih baru seperti sel surya dan sel bahan bakar oksida padat."

Sebagai manajer teknologi, Debling bekerja untuk mengkomersilkan inovasi Spartan dan dia bekerja untuk membantu mematenkan proses ini untuk membuat elektronik yang lebih tangguh.

“Teknologi ini merupakan peningkatan yang signifikan - dalam hal stabilitas biaya dan suhu - dibandingkan teknologi deposisi pasta dan uap yang ada,” katanya.

Sementara itu, Nicholas tetap paling tertarik pada aplikasi mutakhir di cakrawala, hal-hal seperti sel bahan bakar oksida padat dan sel elektrolisis oksida padat.

“Kami sedang bekerja untuk meningkatkan keandalan mereka di sini di Bumi - dan di Mars,” kata Nicholas.

# # #

Juga berkontribusi pada proyek ini adalah asisten peneliti teknik Spartan, Asisten Profesor Hui-Chia Yu, Profesor Timothy Hogan, dan Profesor Thomas Bieler. Peneliti mahasiswa pascasarjana dalam proyek tersebut termasuk Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen dan Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande dan Ma telah lulus).

Salah satu pemimpin proyek di Brown University, Profesor Yue Qi, juga memiliki hubungan dengan MSU. Dia menjabat sebagai fakultas dan pengukuhan dekan inklusi dan keberagaman di College of Engineering hingga 2020.

####

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Caroline Brooks

@Unikomtwit

Hak Cipta © Michigan State University

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: