Srebrna podloga za ekstremno elektroniko

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Srebrna obloga za ekstremno elektroniko

Raziskovalci MSU so razvili postopek za ustvarjanje prožnejših vezij, kar so pokazali z izdelavo srebrne špartanske čelade. Vezje je oblikovala Jane Manfredi, docentka na Veterinarski fakulteti. Zasluge: Acta Materialia Inc./Elsevier

Povzetek:
Jutrišnja najsodobnejša tehnologija bo potrebovala elektroniko, ki bo prenašala ekstremne razmere. Zato skupina raziskovalcev, ki jo vodi Jason Nicholas, Michigan State University, danes gradi močnejša vezja.

Srebrna obloga za ekstremno elektroniko

East Lansing, MI | Objavljeno 30. aprila 2021

Nicholas in njegova ekipa sta s pomočjo niklja razvila bolj toplotno odporna srebrna vezja. Ekipa je delo, ki ga je financiralo ameriško ministrstvo za energijo, program trdnih oksidnih gorivnih celic, opisala 15. aprila v reviji Scripta Materialia.

Vrste naprav, za katere si prizadeva ekipa MSU - gorivne celice naslednje generacije, visokotemperaturni polprevodniki in celice za elektrolizo s trdnimi oksidi - bi se lahko uporabljale v avtomobilski, energetski in letalski industriji.

Čeprav teh naprav zdaj ne morete kupiti s police, jih raziskovalci trenutno gradijo v laboratorijih za testiranje v resničnem svetu in celo na drugih planetih.

Na primer, NASA je 2020. aprila razvila celico za elektrolizo s trdnim oksidom, ki je 22. aprila omogočila, da je Mars XNUMX Perseverance Rover tvoril kisik iz plina v atmosferi Marsa. NASA upa, da bo ta prototip nekega dne pripeljal do opreme, ki astronavtom omogoča ustvarjanje raketnega goriva in zraka, ki diha na Marsu.

Da bi takim prototipom pomagali, da postanejo komercialni izdelki, pa bodo morali dolgo časa ohranjati delovanje pri visokih temperaturah, je dejal Nicholas, izredni profesor na Visoki šoli za inženirstvo.

To polje ga je pritegnilo po letih uporabe trdnih oksidnih gorivnih celic, ki delujejo kot celice za elektrolizo trdnih oksidov v obratni smeri. Namesto da bi energijo uporabljali za ustvarjanje plinov ali goriva, iz teh kemikalij ustvarjajo energijo.

»Trdne oksidne gorivne celice delujejo s plini pri visoki temperaturi. Te pline lahko elektrokemično reagiramo, da dobimo elektriko in ta postopek je veliko bolj učinkovit kot eksplozija goriva, kot to počne motor z notranjim zgorevanjem, «je povedal Nicholas, ki vodi laboratorij na oddelku za kemijsko inženirstvo in znanost o materialih.

Toda tudi brez eksplozij mora gorivna celica prenesti intenzivne delovne pogoje.

"Te naprave običajno delujejo okoli 700 do 800 stopinj Celzija, in to morajo delati dolgo - 40,000 ur v svoji življenjski dobi," je dejal Nicholas. Za primerjavo, to je približno 1,300 do 1,400 stopinj Fahrenheita ali približno dvojna temperatura komercialne peči za pico.

"In v tej življenjski dobi ga toplotno kolesariš," je dejal Nicholas. »Hladiš ga in ogrevaš nazaj. Je zelo ekstremno okolje. Lahko se vam odklopijo kabli. "

Tako je ena od ovir, s katero se sooča ta napredna tehnologija, precej osnovna: prevodno vezje, pogosto izdelano iz srebra, se mora bolje držati osnovnih keramičnih komponent.

Raziskovalci so ugotovili, da je skrivnost izboljšanja oprijema dodajanje vmesne plasti poroznega niklja med srebrom in keramiko.

Z izvedbo poskusov in računalniških simulacij medsebojnega delovanja materialov je ekipa optimizirala način nanašanja niklja na keramiko. Za ustvarjanje tankih, poroznih slojev niklja na keramiki v vzorcu ali dizajnu, ki so ga izbrali, so se raziskovalci obrnili na sitotisk.

"To je isti sitotisk, ki se uporablja za izdelavo majic," je dejal Nicholas. »Namesto srajc smo samo elektronika za sitotisk. To je zelo prijazna tehnika izdelave. "

Ko je nikelj na svojem mestu, ga ekipa vzpostavi v stiku s srebrom, ki se stopi pri temperaturi približno 1,000 stopinj Celzija. Nikelj ne le vzdrži to toploto - njegovo tališče je 1,455 stopinj Celzija -, ampak tudi utekočinjeno srebro enakomerno porazdeli po svojih finih lastnostih s pomočjo tako imenovanega kapilarnega delovanja.

"Skoraj kot drevo je," je rekel Nicholas. »Drevo s kapilarnim delovanjem dobi vodo do svojih vej. Nikelj po istem mehanizmu odvaja staljeno srebro. "

Ko se srebro ohladi in strdi, ga nikelj drži zaklenjenega na keramiki, tudi v temperaturi od 700 do 800 stopinj Celzija bi se soočil znotraj trdne oksidne gorivne celice ali celice za elektrolizo trdnega oksida. In ta pristop lahko pomaga tudi drugim tehnologijam, kjer lahko elektronika deluje vroče.

"Obstaja širok spekter elektronskih aplikacij, ki zahtevajo vezja, ki prenesejo visoke temperature ali velike moči," je povedal Jon Debling, tehnološki vodja MSU Technologies, urada za prenos in komercializacijo tehnologije države Michigan. "Sem spadajo obstoječe aplikacije na avtomobilskih, letalskih, vesoljskih, industrijskih in vojaških trgih, pa tudi novejše, kot so sončne celice in trdne oksidne gorivne celice."

Kot tehnološki vodja si Debling prizadeva za trženje špartanskih inovacij in si prizadeva za patentiranje tega postopka za ustvarjanje trše elektronike.

"Ta tehnologija je pomembna izboljšava - glede stroškovne in temperaturne stabilnosti - v primerjavi z obstoječimi tehnologijami nanašanja paste in pare," je dejal.

Nicholas pa še vedno najbolj zanima tiste vrhunske aplikacije na obzorju, kot so gorivne celice iz trdnega oksida in celice za elektrolizo trdnih oksidov.

"Trudimo se izboljšati njihovo zanesljivost tukaj na Zemlji - in na Marsu," je dejal Nicholas.

# # #

K projektu so prispevali tudi špartanski raziskovalci tehnike, docent Hui-Chia Yu, profesor Timothy Hogan in profesor Thomas Bieler. Med raziskovalci podiplomskega študija na projektu so bili Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen in Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande in Ma so od takrat diplomirali).

Eden od sodelavcev projekta na Univerzi Brown, profesor Yue Qi, je prav tako povezan z MSU. Do leta 2020 je bila fakulteta in prvi dekan za vključevanje in raznolikost na Visoki šoli za inženirstvo.

####

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Caroline Brooks

@MSUnews

Avtorske pravice © Michigan State University

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: