Срібна підкладка для екстремальної електроніки

Перевидано Платоном

читають: 0

Головна > прес > Срібна підкладка для екстремальної електроніки

Дослідники МДУ розробили процес створення більш стійкої схеми, який вони продемонстрували, створивши сріблястий спартанський шолом. Схема була розроблена Джейн Манфреді, асистентом професора коледжу ветеринарної медицини. Авторство: Acta Materialia Inc./Elsevier

Анотація:
Передові технології завтрашнього дня потребують електроніки, яка витримує екстремальні умови. Ось чому група дослідників на чолі з Джейсоном Ніколасом з Університету штату Мічиган створює сьогодні сильніші схеми.

Срібна підкладка для екстремальної електроніки

Іст-Лансінг, Мічиган | Опубліковано 30 квітня 2021 року

Ніколас і його команда розробили більш термостійкі срібні схеми за допомогою нікелю. 15 квітня в журналі Scripta Materialia команда описала роботу, яка фінансувалася програмою Департаменту енергетики США для твердооксидних паливних елементів.

Типи пристроїв, на користь яких працює команда МДУ — паливні елементи нового покоління, високотемпературні напівпровідники та твердооксидні електролізні елементи — можуть знайти застосування в автомобільній, енергетичній та аерокосмічній промисловості.

Хоча зараз ви не можете придбати ці пристрої з полиці, зараз дослідники створюють їх у лабораторіях для тестування в реальному світі та навіть на інших планетах.

Наприклад, NASA розробило твердооксидний електролізний елемент, який дозволив марсоходу Mars 2020 Perseverance Rover виробляти кисень з газу в атмосфері Марса 22 квітня. NASA сподівається, що цей прототип одного дня приведе до обладнання, яке дозволить астронавтам створювати ракетне паливо та повітря, яке придатне для дихання. перебуваючи на Марсі.

Однак, щоб допомогти таким прототипам стати комерційними продуктами, їм потрібно буде підтримувати свою продуктивність при високих температурах протягом тривалого періоду часу, сказав Ніколас, доцент Інженерного коледжу.

Його привернуло до цієї галузі після багатьох років використання твердооксидних паливних елементів, які працюють як твердооксидні електролізні елементи у зворотному напрямку. Замість того, щоб використовувати енергію для створення газів або палива, вони створюють енергію з цих хімічних речовин.

«Твердооксидні паливні елементи працюють з газами при високій температурі. Ми можемо електрохімічно реагувати на ці гази, щоб отримати електроенергію, і цей процес набагато ефективніший, ніж вибух палива, як це робить двигун внутрішнього згоряння», — сказав Ніколас, який очолює лабораторію в Департаменті хімічної інженерії та матеріалознавства.

Але навіть без вибухів паливний елемент повинен витримувати інтенсивні умови роботи.

«Ці пристрої зазвичай працюють при температурі від 700 до 800 градусів за Цельсієм, і вони повинні робити це протягом тривалого часу — 40,000 1,300 годин протягом усього терміну служби», — сказав Ніколас. Для порівняння, це приблизно від 1,400 до XNUMX градусів за Фаренгейтом, або приблизно вдвічі вище температури комерційної печі для піци.

«І протягом цього життя ви робите його термічним циклом», — сказав Ніколас. «Ви охолоджуєте його і знову нагріваєте. Це дуже екстремальне середовище. У вас можуть вискочити проводи ланцюга».

Таким чином, одна з перешкод, з якими стикається ця передова технологія, є досить елементарною: провідні схеми, часто виготовлені зі срібла, повинні краще прилягати до основних керамічних компонентів.

Секрет покращення адгезії, як виявили дослідники, полягав у додаванні проміжного шару пористого нікелю між сріблом і керамікою.

Виконуючи експерименти та комп’ютерне моделювання взаємодії матеріалів, команда оптимізувала спосіб нанесення нікелю на кераміку. А щоб створити на кераміці тонкі пористі шари нікелю за візерунком або дизайном на свій вибір, дослідники звернулися до трафаретного друку.

«Це той самий трафаретний друк, який використовується для виготовлення футболок», – сказав Ніколас. «Ми просто трафаретна електроніка замість сорочок. Це дуже зручна для виробництва техніка».

Як тільки нікель на місці, команда ставить його в контакт зі сріблом, яке плавиться при температурі близько 1,000 градусів Цельсія. Нікель не тільки витримує це тепло — його температура плавлення становить 1,455 градусів за Цельсієм — але він також розподіляє зріджене срібло рівномірно по його дрібним властивостям, використовуючи так звану капілярну дію.

«Це майже як дерево», — сказав Ніколас. «Дерево отримує воду до своїх гілок за допомогою капілярної дії. Нікель вбирає розплавлене срібло за допомогою того ж механізму».

Після того, як срібло охолоне і затвердіє, нікель утримує його на кераміці, навіть при нагріванні від 700 до 800 градусів Цельсія воно зіткнеться всередині твердооксидного паливного елемента або твердооксидного електролізного елемента. І цей підхід також може допомогти іншим технологіям, де електроніка може працювати гарячою.

«Існує широкий спектр електронних додатків, для яких потрібні друковані плати, які можуть витримувати високі температури або високу потужність», — сказав Джон Деблінг, менеджер з технологій MSU Technologies, офісу передачі та комерціалізації технологій штату Мічиган. «Сюди входять існуючі застосування на автомобільному, аерокосмічній, промисловій та військової ринках, а також новітні, такі як сонячні батареї та твердооксидні паливні елементи».

Як менеджер з технологій, Деблінг працює над комерціалізацією спартанських інновацій, і він працює, щоб допомогти запатентувати цей процес для створення більш міцної електроніки.

«Ця технологія є значним покращенням — у вартості та стабільності температури — у порівнянні з існуючими технологіями пасти та осадження з пари», — сказав він.

Зі свого боку, Ніколас як і раніше найбільше цікавиться тими передовими додатками на горизонті, такими як твердооксидні паливні елементи та твердооксидні електролізні елементи.

«Ми працюємо над підвищенням їх надійності тут, на Землі — і на Марсі», — сказав Ніколас.

# # #

Також внесок у проект зробили спартанські дослідники інженерії, доцент Хуї-Чіа Ю, професор Тімоті Хоган і професор Томас Білер. Серед аспірантів-дослідників проекту були Генчжи Ху, Куан Чжоу, Айсварія Бхатлаванде, Джиюн Парк, Роберт Термулен і Юсі Ма (Чжоу, Бхатлаванде і Ма з тих пір закінчили навчання).

Один із керівників проекту в Університеті Брауна, професор Юе Ці, також має зв’язки з МДУ. До 2020 року вона була викладачем та першим заступником декана з інклюзії та різноманітності в Інженерному коледжі.

####

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Керолайн Брукс

@MSUnews

Авторське право © Університет штату Мічиган

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка: