익스트림 전자공학을 위한 희망

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MSU 연구원들은보다 탄력적 인 회로를 만드는 프로세스를 개발했으며, 은색 스파르탄 헬멧을 만들어 시연했습니다. 회로는 수의과 대학의 조교수 인 Jane Manfredi가 설계했습니다. 크레딧 : Acta Materialia Inc./Elsevier

요약 :
미래의 첨단 기술은 극한 조건을 견딜 수있는 전자 장치를 필요로합니다. 이것이 바로 미시간 주립 대학의 Jason Nicholas가 이끄는 연구원 그룹이 오늘날 더 강력한 회로를 구축하는 이유입니다.

익스트림 전자 제품을위한 은색 라이닝

미시건 주 이스트 랜싱 | 게시일 : 30 년 2021 월 XNUMX 일

Nicholas와 그의 팀은 니켈의 도움으로 열에 강한은 회로를 개발했습니다. 연구팀은 지난 15 월 XNUMX 일 Scripta Materialia 저널에 미국 에너지 부 고체 산화물 연료 전지 프로그램이 자금을 지원 한 작업을 설명했습니다.

MSU 팀이 이익을 위해 노력하고있는 장치 유형 (차세대 연료 전지, 고온 반도체 및 고체 산화물 전기 분해 전지)은 자동차, 에너지 및 항공 우주 산업에 적용될 수 있습니다.

현재 이러한 장치를 기성품으로 구입할 수는 없지만 연구원들은 현재 실험실에서 실제 세계와 다른 행성에서 테스트하기 위해이를 구축하고 있습니다.

예를 들어 NASA는 2020 월 22 일 Mars XNUMX Perseverance Rover가 화성 대기의 가스에서 산소를 만들 수있는 고체 산화물 전기 분해 전지를 개발했습니다. 화성에서.

하지만 이러한 프로토 타입이 상용 제품이되도록하려면 장기간 고온에서 성능을 유지해야한다고 공과 대학 부교수 인 Nicholas가 말했습니다.

그는 고체 산화물 전기 분해 전지처럼 작동하는 고체 산화물 연료 전지를 수년간 사용한 후이 분야에 끌 렸습니다. 에너지를 사용하여 가스 나 연료를 생성하는 대신 이러한 화학 물질에서 에너지를 생성합니다.

“고체 산화물 연료 전지는 고온에서 가스와 함께 작동합니다. 우리는 이러한 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전기를 꺼낼 수 있으며 그 과정은 내연 기관처럼 연료를 폭발시키는 것보다 훨씬 더 효율적입니다.”라고 화학 공학 및 재료 과학 부서의 실험실을 이끌고있는 Nicholas는 말했습니다.

그러나 폭발 없이도 연료 전지는 격렬한 작업 조건을 견뎌야합니다.

"이 장치는 일반적으로 섭씨 700 ~ 800도에서 작동하며 수명 동안 40,000 시간 동안 작동해야합니다."라고 Nicholas는 말했습니다. 비교하자면 화씨 약 1,300 ~ 1,400도 또는 상업용 피자 오븐 온도의 약 두 배입니다.

Nicholas는 "그리고 그 평생 동안 열 사이클링을하고 있습니다."라고 말했습니다. “당신은 그것을 식히고 다시 가열하고 있습니다. 매우 극단적 인 환경입니다. 회로 리드가 튀어 나오게 할 수 있습니다.”

따라서이 첨단 기술이 직면 한 장애물 중 하나는 다소 초보적인 것입니다. 종종은으로 만든 전도성 회로는 기본 세라믹 부품에 더 잘 부착되어야합니다.

연구진은 접착력을 향상시키는 비결은은과 세라믹 사이에 다공성 니켈의 중간층을 추가하는 것이라고 밝혔다.

재료가 상호 작용하는 방식에 대한 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 수행함으로써 팀은 세라믹에 니켈을 증착하는 방식을 최적화했습니다. 그리고 세라믹 위에 얇은 다공성 니켈 층을 원하는 패턴이나 디자인으로 만들기 위해 연구원들은 스크린 인쇄로 전환했습니다.

Nicholas는“티셔츠를 만드는 데 사용되는 것과 동일한 스크린 인쇄입니다. “우리는 셔츠가 아닌 스크린 인쇄 전자 제품 일뿐입니다. 매우 제조 친화적 인 기술입니다.”

니켈이 제자리에 있으면 약 1,000 도의 온도에서 녹은은과 접촉합니다. 니켈은 그 열 (융점은 섭씨 1,455도)을 견딜뿐만 아니라 모세관 작용을 사용하여 액화 된은을 미세한 부분에 균일하게 분산시킵니다.

"거의 나무와 같습니다."라고 Nicholas가 말했습니다. “나무는 모세관 작용을 통해 가지까지 물을 얻습니다. 니켈은 동일한 메커니즘을 통해 용융 된은을 흡수합니다.”

은이 냉각되고 고형화되면 니켈은 섭씨 700 ~ 800 도의 열에서도 고체 산화물 연료 전지 또는 고체 산화물 전기 분해 전지 내부에서 직면하게되는 열에서도 세라믹에 고정됩니다. 그리고이 접근 방식은 전자 장치가 뜨거워 질 수있는 다른 기술에도 도움이 될 수 있습니다.

"고온 또는 고전력을 견딜 수있는 회로 기판을 필요로하는 다양한 전자 애플리케이션이 있습니다."라고 Michigan State의 기술 이전 및 상용화 사무소 인 MSU Technologies의 기술 관리자 인 Jon Debling은 말했습니다. "여기에는 자동차, 항공 우주, 산업 및 군사 시장의 기존 응용 분야뿐만 아니라 태양 전지 및 고체 산화물 연료 전지와 같은 새로운 응용 분야도 포함됩니다."

기술 관리자 인 Debling은 스파르탄의 혁신을 상용화하기 위해 노력하고 있으며 더 강력한 전자 장치를 만들기 위해이 프로세스를 특허하는 데 도움을주고 있습니다.

"이 기술은 기존의 페이스트 및 증착 기술에 비해 비용 및 온도 안정성면에서 상당한 개선입니다."라고 그는 말했습니다.

그의 부분에서 Nicholas는 고체 산화물 연료 전지 및 고체 산화물 전기 분해 전지와 같은 최첨단 응용 분야에 여전히 가장 관심이 있습니다.

Nicholas는“우리는 지구와 화성에서 신뢰도를 높이기 위해 노력하고 있습니다.

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또한이 프로젝트에 기여한 것은 Spartan 엔지니어링 연구원 Hui-Chia Yu 조교수, Timothy Hogan 교수, Thomas Bieler 교수였습니다. 이 프로젝트의 대학원생 연구원에는 Hu Genzhi, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen 및 Yuxi Ma가 포함되었습니다 (Zhou, Bhatlawande 및 Ma는 이후 졸업했습니다).

Brown University의 공동 리더 중 한 명인 Yue Qi 교수도 MSU와 관련이 있습니다. 그녀는 2020 년까지 공과 대학의 포용성 및 다양성 부문에서 교수 및 창립 부학장으로 재직했습니다.

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연락처 :
캐롤라인 브룩스

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