Lớp lót bạc cho thiết bị điện tử cực chất

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Một lớp lót bạc cho các thiết bị điện tử cực đoan

Các nhà nghiên cứu của MSU đã phát triển một quy trình để tạo ra mạch điện đàn hồi hơn, mà họ đã chứng minh bằng cách tạo ra một chiếc mũ bảo hiểm Spartan màu bạc. Mạch được thiết kế bởi Jane Manfredi, một trợ lý giáo sư tại Đại học Thú y. Tín dụng: Acta Materialia Inc./Elsevier

Tóm tắt:
Công nghệ tiên tiến của ngày mai sẽ cần các thiết bị điện tử có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Đó là lý do tại sao ngày nay một nhóm các nhà nghiên cứu do Jason Nicholas của Đại học bang Michigan dẫn đầu đang xây dựng các mạch mạnh hơn.

Một lớp lót bạc cho các thiết bị điện tử cực đoan

Đông Lansing, MI | Đăng vào ngày 30 tháng 2021 năm XNUMX

Nicholas và nhóm của ông đã phát triển mạch bạc chịu nhiệt tốt hơn với sự hỗ trợ từ niken. Nhóm nghiên cứu đã mô tả công trình này, được tài trợ bởi Chương trình Tế bào Nhiên liệu Ôxit Rắn của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, vào ngày 15 tháng XNUMX trên tạp chí Scripta Materialia.

Các loại thiết bị mà nhóm MSU đang nghiên cứu để mang lại lợi ích – pin nhiên liệu thế hệ tiếp theo, chất bán dẫn nhiệt độ cao và pin điện phân oxit rắn – có thể có ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô, năng lượng và hàng không vũ trụ.

Mặc dù hiện tại bạn không thể mua những thiết bị này trên kệ nhưng các nhà nghiên cứu hiện đang chế tạo chúng trong phòng thí nghiệm để thử nghiệm trong thế giới thực và thậm chí trên các hành tinh khác.

Ví dụ, NASA đã phát triển một tế bào điện phân oxit rắn cho phép tàu Mars 2020 Perseverance Rover tạo ra oxy từ khí trong khí quyển sao Hỏa vào ngày 22 tháng XNUMX. NASA hy vọng một ngày nào đó nguyên mẫu này sẽ dẫn đến thiết bị cho phép các phi hành gia tạo ra nhiên liệu tên lửa và không khí thở khi ở trên sao Hỏa.

Tuy nhiên, để giúp những nguyên mẫu như vậy trở thành sản phẩm thương mại, chúng sẽ cần duy trì hiệu suất ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, Nicholas, phó giáo sư tại Đại học Kỹ thuật cho biết.

Ông bị cuốn hút vào lĩnh vực này sau nhiều năm sử dụng pin nhiên liệu oxit rắn, hoạt động ngược lại giống như pin điện phân oxit rắn. Thay vì sử dụng năng lượng để tạo ra khí hoặc nhiên liệu, chúng tạo ra năng lượng từ các chất hóa học đó.

“Pin nhiên liệu oxit rắn hoạt động với khí ở nhiệt độ cao. Nicholas, người đứng đầu một phòng thí nghiệm tại Khoa Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật Hóa học, cho biết: Chúng tôi có thể phản ứng điện hóa các khí đó để tạo ra điện và quá trình đó hiệu quả hơn rất nhiều so với việc phát nổ nhiên liệu như động cơ đốt trong.

Nhưng ngay cả khi không có vụ nổ, pin nhiên liệu cần phải chịu được các điều kiện làm việc cường độ cao.

Nicholas cho biết: “Những thiết bị này thường hoạt động ở nhiệt độ khoảng 700 đến 800 độ C và chúng phải hoạt động trong thời gian dài - 40,000 giờ trong suốt vòng đời của chúng. Để so sánh, đó là khoảng 1,300 đến 1,400 độ F, hoặc gấp đôi nhiệt độ của lò nướng bánh pizza thương mại.

“Và trong suốt cuộc đời đó, bạn đang luân chuyển nhiệt độ của nó,” Nicholas nói. “Bạn đang làm nguội nó và làm nóng nó trở lại. Đó là một môi trường rất khắc nghiệt. Bạn có thể làm đứt dây dẫn mạch điện.”

Do đó, một trong những trở ngại mà công nghệ tiên tiến này phải đối mặt là khá thô sơ: Mạch dẫn điện, thường được làm từ bạc, cần bám dính tốt hơn với các thành phần gốm bên dưới.

Các nhà nghiên cứu tìm ra bí quyết để cải thiện độ kết dính là thêm một lớp niken xốp trung gian giữa bạc và gốm.

Bằng cách thực hiện các thí nghiệm và mô phỏng máy tính về cách các vật liệu tương tác, nhóm đã tối ưu hóa cách nó lắng đọng niken trên gốm. Và để tạo ra các lớp niken mỏng, xốp trên gốm theo hoa văn hoặc thiết kế mà họ lựa chọn, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang in lụa.

Nicholas nói: “Đó là phương pháp in lụa được sử dụng để sản xuất áo phông. “Chúng tôi chỉ là những thiết bị điện tử in màn hình thay vì áo sơ mi. Đó là một kỹ thuật rất thân thiện với sản xuất.”

Sau khi niken đã vào đúng vị trí, nhóm nghiên cứu cho nó tiếp xúc với bạc đã nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 1,000 độ C. Niken không chỉ chịu được nhiệt độ đó - điểm nóng chảy của nó là 1,455 độ C - mà còn phân phối bạc hóa lỏng một cách đồng đều trên các đặc điểm tinh tế của nó bằng cách sử dụng cái gọi là hoạt động mao dẫn.

“Nó gần giống như một cái cây,” Nicholas nói. “Cây lấy nước lên cành thông qua hoạt động mao dẫn. Niken đang hấp thụ bạc nóng chảy thông qua cơ chế tương tự.”

Khi bạc nguội và đông đặc, niken sẽ giữ nó bám chặt vào gốm, ngay cả trong nhiệt độ 700 đến 800 độ C, nó sẽ tiếp xúc với bên trong pin nhiên liệu oxit rắn hoặc pin điện phân oxit rắn. Và cách tiếp cận này cũng có tiềm năng giúp các công nghệ khác, nơi thiết bị điện tử có thể chạy nóng.

Jon Debling, giám đốc công nghệ của MSU Technologies, văn phòng thương mại hóa và chuyển giao công nghệ của bang Michigan, cho biết: “Có rất nhiều ứng dụng điện tử yêu cầu bảng mạch có thể chịu được nhiệt độ cao hoặc công suất cao”. “Chúng bao gồm các ứng dụng hiện có trong thị trường ô tô, hàng không vũ trụ, công nghiệp và quân sự, nhưng cũng có những ứng dụng mới hơn như pin mặt trời và pin nhiên liệu oxit rắn.”

Với tư cách là người quản lý công nghệ, Debling làm việc để thương mại hóa các cải tiến của Spartan và anh ấy đang làm việc để cấp bằng sáng chế cho quy trình này nhằm tạo ra các thiết bị điện tử bền hơn.

Ông nói: “Công nghệ này là một cải tiến đáng kể - về độ ổn định về chi phí và nhiệt độ - so với các công nghệ lắng đọng hơi và dán hiện có”.

Về phần mình, Nicholas vẫn quan tâm nhất đến những ứng dụng tiên tiến trên đường chân trời, những thứ như pin nhiên liệu oxit rắn và pin điện phân oxit rắn.

Nicholas nói: “Chúng tôi đang nỗ lực cải thiện độ tin cậy của chúng trên Trái đất - và trên Sao Hỏa”.

# # #

Cùng đóng góp cho dự án còn có Trợ lý Giáo sư Hui-Chia Yu của các nhà nghiên cứu kỹ thuật Spartan, Giáo sư Timothy Hogan và Giáo sư Thomas Bieler. Các nghiên cứu sinh sau đại học về dự án bao gồm Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen và Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande và Ma đã tốt nghiệp).

Một trong những người đồng lãnh đạo dự án tại Đại học Brown, Giáo sư Yue Qi, cũng có quan hệ với MSU. Cô từng là giảng viên và là phó hiệu trưởng đầu tiên về sự hòa nhập và đa dạng tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật cho đến năm 2020.

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Caroline Brooks

@MSUnews

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: