Dobre rozwiązanie dla ekstremalnej elektroniki

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Srebrna podszewka dla ekstremalnej elektroniki

Badacze z MSU opracowali proces tworzenia bardziej odpornych obwodów, co zademonstrowali, tworząc srebrny hełm Spartan. Obwód został zaprojektowany przez Jane Manfredi, adiunkta w College of Veterinary Medicine. Źródło: Acta Materialia Inc./Elsevier

Abstrakcyjny:
Najnowocześniejsza technologia jutra będzie wymagała elektroniki, która wytrzyma ekstremalne warunki. Dlatego grupa naukowców pod kierownictwem Jasona Nicholasa z Michigan State University buduje dziś silniejsze obwody.

Srebrna podszewka dla ekstremalnej elektroniki

East Lansing, MI | Opublikowano 30 kwietnia 2021 r

Nicholas i jego zespół opracowali bardziej odporne na ciepło srebrne obwody z pomocą niklu. Zespół opisał prace, które zostały sfinansowane przez program ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych 15 kwietnia w czasopiśmie Scripta Materialia.

Rodzaje urządzeń, nad którymi pracuje zespół MSU - ogniwa paliwowe nowej generacji, wysokotemperaturowe półprzewodniki i ogniwa elektrolityczne ze stałym tlenkiem - mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle samochodowym, energetycznym i lotniczym.

Chociaż nie możesz teraz kupić tych urządzeń z półki, naukowcy budują je obecnie w laboratoriach, aby przetestować je w prawdziwym świecie, a nawet na innych planetach.

Na przykład NASA opracowała ogniwo do elektrolizy tlenków stałych, które umożliwiło łazikowi Mars 2020 Perseverance wytwarzanie tlenu z gazu w atmosferze Marsa 22 kwietnia. NASA ma nadzieję, że ten prototyp pewnego dnia doprowadzi do powstania sprzętu, który pozwoli astronautom wytwarzać paliwo rakietowe i powietrze do oddychania podczas pobytu na Marsie.

Jednak aby takie prototypy mogły stać się produktami komercyjnymi, będą musiały utrzymywać swoje właściwości w wysokich temperaturach przez długi czas, powiedział Nicholas, profesor nadzwyczajny w College of Engineering.

W tę dziedzinę zainteresował się po latach używania ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem, które działają jak ogniwa elektrolizy ze stałym tlenkiem na odwrót. Zamiast wykorzystywać energię do wytwarzania gazów lub paliwa, wytwarzają energię z tych chemikaliów.

„Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem pracują z gazami o wysokiej temperaturze. Jesteśmy w stanie reagować elektrochemicznie na te gazy, aby wydobyć energię elektryczną, a ten proces jest o wiele bardziej wydajny niż eksplozja paliwa, tak jak robi to silnik spalinowy ”- powiedział Nicholas, który prowadzi laboratorium na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Materiałoznawstwa.

Ale nawet bez eksplozji ogniwo paliwowe musi wytrzymać intensywne warunki pracy.

„Te urządzenia zwykle działają w temperaturze od 700 do 800 stopni Celsjusza i muszą to robić przez długi czas - 40,000 1,300 godzin w całym okresie ich użytkowania” - powiedział Nicholas. Dla porównania to około 1,400 do XNUMX stopni Fahrenheita, czyli około dwa razy więcej niż w komercyjnym piecu do pizzy.

„I przez całe życie jeździsz na rowerze termicznym” - powiedział Nicholas. „Schładzasz to i ponownie podgrzewasz. To bardzo ekstremalne środowisko. Możesz wyskoczyć z przewodów obwodu ”.

Dlatego jedna z przeszkód stojących przed tą zaawansowaną technologią jest raczej szczątkowa: obwody przewodzące, często wykonane ze srebra, muszą lepiej przylegać do podstawowych elementów ceramicznych.

Naukowcy odkryli, że sekretem poprawy przyczepności jest dodanie warstwy pośredniej porowatego niklu pomiędzy srebrem a ceramiką.

Przeprowadzając eksperymenty i symulacje komputerowe interakcji materiałów, zespół zoptymalizował sposób osadzania niklu na ceramice. Aby stworzyć cienkie, porowate warstwy niklu na ceramice zgodnie z wybranym przez siebie wzorem lub wzorem, naukowcy zwrócili się ku sitodrukowi.

„To ten sam sitodruk, który jest używany do produkcji koszulek” - powiedział Nicholas. „Zamiast koszulek zajmujemy się tylko sitodrukiem elektroniki. To bardzo przyjazna technika ”.

Po umieszczeniu niklu na miejscu zespół styka go ze srebrem stopionym w temperaturze około 1,000 stopni Celsjusza. Nikiel nie tylko wytrzymuje to ciepło - jego temperatura topnienia wynosi 1,455 stopni Celsjusza - ale także równomiernie rozprowadza upłynnione srebro na jego drobnych cechach, wykorzystując tzw. Działanie kapilarne.

- To prawie jak drzewo - powiedział Nicholas. „Drzewo doprowadza wodę do swoich gałęzi poprzez działanie kapilarne. Nikiel wchłania stopione srebro za pomocą tego samego mechanizmu ”.

Gdy srebro ostygnie i zestali się, nikiel utrzymuje go w ceramice, nawet w temperaturze od 700 do 800 stopni Celsjusza, z którą spotkałby się wewnątrz ogniwa paliwowego ze stałym tlenkiem lub ogniwa elektrolitycznego z tlenkiem stałym. Takie podejście może również pomóc innym technologiom, w których elektronika może się nagrzewać.

„Istnieje wiele różnych zastosowań elektronicznych, które wymagają płytek drukowanych odpornych na wysokie temperatury lub moc” - powiedział Jon Debling, kierownik ds. Technologii w MSU Technologies, biurze transferu technologii i komercjalizacji stanu Michigan. „Obejmują one istniejące zastosowania na rynkach motoryzacyjnym, lotniczym, przemysłowym i wojskowym, ale także nowsze, takie jak ogniwa słoneczne i ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem”.

Jako menedżer ds. Technologii Debling pracuje nad komercjalizacją spartańskich innowacji i pomaga opatentować ten proces tworzenia mocniejszej elektroniki.

„Ta technologia stanowi znaczną poprawę - pod względem stabilności kosztów i temperatury - w porównaniu z istniejącymi technologiami osadzania pasty i pary” - powiedział.

Ze swojej strony Nicholas pozostaje najbardziej zainteresowany najnowocześniejszymi zastosowaniami na horyzoncie, takimi jak ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem i ogniwa elektrolityczne ze stałym tlenkiem.

„Pracujemy nad poprawą ich niezawodności na Ziemi - i na Marsie” - powiedział Nicholas.

# # #

W projekcie uczestniczyli także spartańscy naukowcy zajmujący się inżynierią, adiunkt Hui-Chia Yu, profesor Timothy Hogan i profesor Thomas Bieler. Wśród absolwentów projektu byli Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen i Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande i Ma ukończyli studia).

Jeden z kierowników projektu na Brown University, profesor Yue Qi, również ma powiązania z MSU. Pełniła funkcję wydziału i inauguracyjnego dziekana ds. Integracji i różnorodności w Wyższej Szkole Inżynierskiej do 2020 roku.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Karolina Brooks

@msunews

Prawa autorskie © Michigan State University

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: