Серебряная подкладка для экстремальной электроники

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Серебряная подкладка для экстремальной электроники

Исследователи МГУ разработали процесс создания более устойчивых схем, который они продемонстрировали, создав серебряный спартанский шлем. Схема была разработана Джейн Манфреди, доцентом Колледжа ветеринарной медицины. Предоставлено: Acta Materialia Inc. / Эльзевье.

Абстрактные:
Для передовых технологий завтрашнего дня потребуется электроника, способная выдерживать экстремальные условия. Вот почему группа исследователей во главе с Джейсоном Николасом из Университета штата Мичиган сегодня создает более надежные схемы.

Серебряная подкладка для экстремальной электроники

Ист-Лансинг, Мичиган | Отправлено: 30 апреля 2021 г.

Николас и его команда разработали более теплостойкую серебряную схему с помощью никеля. Команда описала работу, которая финансировалась Программой твердооксидных топливных элементов Министерства энергетики США, 15 апреля в журнале Scripta Materialia.

Типы устройств, над созданием которых работает команда MSU, - топливные элементы нового поколения, высокотемпературные полупроводники и твердооксидные электролизные элементы - могут найти применение в автомобильной, энергетической и аэрокосмической отраслях.

Хотя сейчас вы не можете купить эти устройства с полки, исследователи в настоящее время собирают их в лабораториях для тестирования в реальном мире и даже на других планетах.

Например, НАСА разработало твердооксидный электролизер, который позволил марсоходу Mars 2020 Perseverance Rover 22 апреля производить кислород из газа в марсианской атмосфере. НАСА надеется, что этот прототип однажды приведет к созданию оборудования, которое позволит астронавтам создавать ракетное топливо и воздух, пригодный для дыхания. находясь на Марсе.

Однако, чтобы помочь таким прототипам стать коммерческими продуктами, им необходимо поддерживать свои характеристики при высоких температурах в течение длительных периодов времени, - сказал Николас, доцент инженерного колледжа.

Его привлекла эта область после многих лет использования твердооксидных топливных элементов, которые работают как твердооксидные электролизеры в обратном направлении. Вместо того, чтобы использовать энергию для создания газов или топлива, они создают энергию из этих химикатов.

«Твердооксидные топливные элементы работают с газами при высокой температуре. Мы можем электрохимически реагировать на эти газы, чтобы получить электричество, и этот процесс намного эффективнее, чем взрыв топлива, как это делает двигатель внутреннего сгорания », - сказал Николас, возглавляющий лабораторию в отделе химической инженерии и материаловедения.

Но даже без взрывов топливный элемент должен выдерживать интенсивные условия работы.

«Эти устройства обычно работают при температуре от 700 до 800 градусов Цельсия, и им приходится делать это в течение длительного времени - 40,000 1,300 часов в течение всего срока службы», - сказал Николас. Для сравнения, это примерно от 1,400 до XNUMX градусов по Фаренгейту, что примерно вдвое выше температуры коммерческой печи для пиццы.

«И в течение этой жизни вы подвергаете его термическому циклу», - сказал Николас. «Вы охлаждаете его и снова нагреваете. Это очень экстремальная среда. Вы можете отключить провода ».

Таким образом, одно из препятствий, с которым сталкивается эта передовая технология, является довольно элементарным: проводящие схемы, часто сделанные из серебра, должны лучше прилипать к лежащим в основе керамическим компонентам.

Секрет улучшения адгезии, как выяснили исследователи, заключался в добавлении промежуточного слоя пористого никеля между серебром и керамикой.

Выполняя эксперименты и компьютерное моделирование взаимодействия материалов, команда оптимизировала процесс нанесения никеля на керамику. И чтобы создать тонкие пористые слои никеля на керамике в виде рисунка или рисунка по своему выбору, исследователи обратились к трафаретной печати.

«Это та же трафаретная печать, которая используется для изготовления футболок», - сказал Николас. «Мы просто трафаретную печать электроники вместо рубашек. Это очень удобная для производства технология ».

Как только никель находится на месте, команда соприкасается с серебром, которое плавится при температуре около 1,000 градусов по Цельсию. Никель не только выдерживает эту высокую температуру - его температура плавления составляет 1,455 градусов по Цельсию - но также равномерно распределяет жидкое серебро по своим тонким поверхностям, используя так называемое капиллярное действие.

«Это почти как дерево», - сказал Николас. «Дерево получает воду до своих ветвей за счет капиллярного действия. Никель впитывает расплавленное серебро с помощью того же механизма ».

Когда серебро охлаждается и затвердевает, никель удерживает его на керамике даже при температуре от 700 до 800 градусов Цельсия, с которой он сталкивается внутри твердооксидного топливного элемента или твердооксидного электролизера. И этот подход также может помочь другим технологиям, в которых электроника может перегреться.

«Существует широкий спектр электронных приложений, для которых требуются печатные платы, способные выдерживать высокие температуры или высокую мощность», - сказал Джон Деблинг, технический менеджер MSU Technologies, офиса передачи и коммерциализации технологий штата Мичиган. «Сюда входят существующие приложения на автомобильном, аэрокосмическом, промышленном и военном рынках, а также новые, такие как солнечные элементы и твердооксидные топливные элементы».

Как менеджер по технологиям, Деблинг работает над коммерциализацией инноваций Spartan и помогает запатентовать этот процесс для создания более прочной электроники.

«Эта технология является значительным улучшением - с точки зрения стоимости и стабильности температуры - по сравнению с существующими технологиями нанесения пасты и осаждения из паровой фазы», - сказал он.

Со своей стороны, Николас по-прежнему больше всего интересуется теми передовыми приложениями, которые только появятся на горизонте, такими как твердооксидные топливные элементы и твердооксидные электролизеры.

«Мы работаем над повышением их надежности здесь, на Земле - и на Марсе», - сказал Николас.

###

В проекте также участвовали спартанские инженеры-исследователи, доцент Хуэй-Чиа Ю, профессор Тимоти Хоган и профессор Томас Билер. В число исследователей этого проекта входили аспиранты Ху, Куан Чжоу, Айсвария Бхатлаванде, Джиюн Пак, Роберт Термухлен и Юси Ма (Чжоу, Бхатлаванде и Ма с тех пор закончили учебу).

Один из руководителей проекта в Университете Брауна, профессор Юэ Ци, также имеет связи с МГУ. До 2020 года она работала преподавателем и первым заместителем декана по инклюзивности и разнообразию в Инженерном колледже.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Кэролайн Брукс

@MSUnews

Авторские права © Университет штата Мичиган

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: