A Silver Lining For Extreme Electronics

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > O căptușeală de argint pentru electronice extreme

Cercetătorii MSU au dezvoltat un proces pentru a crea circuite mai rezistente, lucru pe care l-au demonstrat prin crearea unei căști Spartan argintii. Circuitul a fost proiectat de Jane Manfredi, profesor asistent la Colegiul de Medicină Veterinară. Credit: Acta Materialia Inc./Elsevier

Rezumat:
Tehnologia de ultimă oră de mâine va avea nevoie de electronice care pot tolera condiții extreme. De aceea, un grup de cercetători condus de Jason Nicholas de la Universitatea de Stat din Michigan construiește astăzi circuite mai puternice.

O căptușeală argintie pentru electronice extreme

East Lansing, MI | Postat pe 30 aprilie 2021

Nicholas și echipa sa au dezvoltat circuite de argint mai rezistente la căldură cu ajutorul nichelului. Echipa a descris munca, care a fost finanțată de Departamentul de Energie al Programului de Pile de Combustie cu Oxizi Solidi din SUA, pe 15 aprilie în jurnalul Scripta Materialia.

Tipurile de dispozitive pe care echipa MSU lucrează pentru a beneficia - pile de combustie de ultimă generație, semiconductori la temperatură înaltă și celule de electroliză cu oxid solid - ar putea avea aplicații în industria auto, energetică și aerospațială.

Deși nu puteți cumpăra aceste dispozitive de la raft acum, cercetătorii le construiesc în prezent în laboratoare pentru a le testa în lumea reală și chiar și pe alte planete.

De exemplu, NASA a dezvoltat o celulă de electroliză a oxidului solid care a permis roverului Mars 2020 Perseverance să producă oxigen din gaz în atmosfera marțiană pe 22 aprilie. NASA speră că acest prototip va duce într-o zi la echipamente care le permit astronauților să creeze combustibil pentru rachete și aer respirabil. în timp ce pe Marte.

Pentru a ajuta astfel de prototipuri să devină produse comerciale, totuși, ele vor trebui să-și mențină performanța la temperaturi ridicate pe perioade lungi de timp, a spus Nicholas, profesor asociat la Colegiul de Inginerie.

A fost atras de acest domeniu după ani în care a folosit celule de combustibil cu oxid solid, care funcționează ca celulele de electroliză cu oxid solid în sens invers. În loc să folosească energia pentru a crea gaze sau combustibil, ei creează energie din acele substanțe chimice.

„Pilele de combustibil cu oxid solid funcționează cu gaze la temperaturi ridicate. Suntem capabili să reacționăm electrochimic acele gaze pentru a scoate electricitatea și acest proces este mult mai eficient decât explodarea combustibilului, așa cum o face un motor cu ardere internă”, a spus Nicholas, care conduce un laborator în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică și Știința Materialelor.

Dar chiar și fără explozii, pila de combustibil trebuie să reziste la condiții intense de lucru.

„Aceste dispozitive funcționează în mod obișnuit între 700 și 800 de grade Celsius și trebuie să facă acest lucru pentru o lungă perioadă de timp - 40,000 de ore de-a lungul vieții”, a spus Nicholas. Pentru comparație, asta înseamnă aproximativ 1,300 până la 1,400 de grade Fahrenheit, sau aproximativ dublu față de temperatura unui cuptor de pizza comercial.

„Și de-a lungul acelei vieți, îl cicliști termic”, a spus Nicholas. „Îl răcești și îl încălzi înapoi. Este un mediu foarte extrem. Puteți face ca cablurile de circuit să se dezactiveze.”

Astfel, unul dintre obstacolele cu care se confruntă această tehnologie avansată este destul de rudimentar: circuitele conductoare, adesea realizate din argint, trebuie să se lipească mai bine de componentele ceramice de bază.

Secretul pentru îmbunătățirea aderenței, au descoperit cercetătorii, a fost adăugarea unui strat intermediar de nichel poros între argint și ceramică.

Efectuând experimente și simulări pe computer ale modului în care materialele interacționează, echipa a optimizat modul în care a depus nichelul pe ceramică. Și pentru a crea straturile subțiri, poroase de nichel pe ceramică, într-un model sau un design la alegerea lor, cercetătorii s-au orientat către serigrafie.

„Este aceeași serigrafie care este folosită pentru a face tricouri”, a spus Nicholas. „Noi imprimăm doar electronice în loc de cămăși. Este o tehnică foarte prietenoasă cu producția.”

Odată ce nichelul este la locul său, echipa îl pune în contact cu argintul care este topit la o temperatură de aproximativ 1,000 de grade Celsius. Nichelul nu numai că rezistă la această căldură – punctul său de topire este de 1,455 de grade Celsius – dar distribuie uniform argintul lichefiat peste caracteristicile sale fine, folosind ceea ce se numește acțiune capilară.

„Este aproape ca un copac”, a spus Nicholas. „Un copac primește apă până la ramurile sale prin acțiune capilară. Nichelul elimină argintul topit prin același mecanism.”

Odată ce argintul se răcește și se solidifică, nichelul îl menține blocat pe ceramică, chiar și la căldura de 700 până la 800 de grade Celsius cu care s-ar confrunta în interiorul unei celule de combustibil cu oxid solid sau al unei celule de electroliză cu oxid solid. Și această abordare are, de asemenea, potențialul de a ajuta alte tehnologii, în care electronicele pot funcționa la cald.

„Există o mare varietate de aplicații electronice care necesită plăci de circuite care pot rezista la temperaturi ridicate sau la putere mare”, a spus Jon Debling, manager de tehnologie la MSU Technologies, biroul de transfer și comercializare de tehnologie al statului Michigan. „Acestea includ aplicații existente pe piețele auto, aerospațială, industrială și militară, dar și altele mai noi, cum ar fi celulele solare și celulele de combustibil cu oxid solid.”

În calitate de manager de tehnologie, Debling lucrează pentru a comercializa inovațiile spartane și lucrează pentru a ajuta la brevetarea acestui proces pentru crearea de electronice mai dure.

„Această tehnologie reprezintă o îmbunătățire semnificativă – a costurilor și stabilității temperaturii – față de tehnologiile existente de depunere a pastei și vaporilor”, a spus el.

La rândul său, Nicholas rămâne cel mai interesat de acele aplicații de ultimă oră de la orizont, lucruri precum celulele de combustie cu oxid solid și celulele de electroliză cu oxid solid.

„Lucrăm pentru a le îmbunătăți fiabilitatea aici, pe Pământ – și pe Marte”, a spus Nicholas.

# # #

De asemenea, au contribuit la proiect cercetătorii spartani în inginerie profesor asistent Hui-Chia Yu, profesorul Timothy Hogan și profesorul Thomas Bieler. Cercetătorii absolvenți ai proiectului au inclus Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen și Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande și Ma au absolvit de atunci).

Unul dintre liderii proiectului de la Universitatea Brown, profesorul Yue Qi, are, de asemenea, legături cu MSU. Ea a servit ca profesor și decan asociat inaugural pentru incluziune și diversitate în Colegiul de Inginerie până în 2020.

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Caroline Brooks

@MSUnews

Drepturi de autor © Universitatea de Stat din Michigan

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: