A Silver Lining For Extreme Electronics

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > یک روکش نقره ای برای لوازم الکترونیکی شدید

محققان MSU فرآیندی را برای ایجاد مدارهای انعطاف‌پذیرتر توسعه دادند که با ساخت کلاه اسپارتی نقره‌ای نشان دادند. این مدار توسط جین مانفردی، استادیار دانشکده دامپزشکی طراحی شده است. اعتبار: Acta Materialia Inc./Elsevier

چکیده:
فناوری پیشرفته فردا به الکترونیک احتیاج دارد که می تواند شرایط شدید را تحمل کند. به همین دلیل گروهی از محققان به سرپرستی جیسون نیکلاس دانشگاه ایالتی میشیگان امروز در حال ساخت مدارهای قوی تر هستند.

روکش نقره ای برای وسایل الکترونیکی فوق العاده

East Lansing، MI | ارسال شده در 30 آوریل 2021

نیکلاس و تیمش مدارهای نقره ای مقاوم در برابر حرارت را با کمک نیکل توسعه داده اند. این تیم این کار را که توسط برنامه سلول سوختی اکسید جامد وزارت انرژی ایالات متحده تامین مالی شد، در 15 آوریل در مجله Scripta Materialia شرح داد.

انواع دستگاه هایی که تیم MSU برای بهره مندی از آنها کار می کند - سلول های سوختی نسل بعدی، نیمه هادی های با دمای بالا و سلول های الکترولیز اکسید جامد - می توانند در صنایع خودرو، انرژی و هوافضا کاربرد داشته باشند.

اگرچه اکنون نمی‌توانید این دستگاه‌ها را از قفسه بخرید، اما محققان در حال حاضر در حال ساخت آن‌ها در آزمایشگاه‌ها برای آزمایش در دنیای واقعی و حتی در سیارات دیگر هستند.

به عنوان مثال، ناسا یک سلول الکترولیز اکسید جامد را توسعه داد که مریخ نورد مریخ 2020 را قادر ساخت تا در 22 آوریل در جو مریخ از گاز اکسیژن بسازد. ناسا امیدوار است این نمونه اولیه روزی به تجهیزاتی منجر شود که به فضانوردان اجازه می دهد سوخت موشک و هوای قابل تنفس ایجاد کنند. در حالی که در مریخ

نیکلاس، دانشیار دانشکده مهندسی، گفت: برای کمک به این گونه نمونه های اولیه تبدیل به محصولات تجاری، با این حال، آنها باید عملکرد خود را در دمای بالا در مدت زمان طولانی حفظ کنند.

او پس از سال‌ها استفاده از سلول‌های سوختی اکسید جامد که مانند سلول‌های الکترولیز اکسید جامد به صورت معکوس عمل می‌کنند، به این رشته کشیده شد. آنها به جای استفاده از انرژی برای تولید گازها یا سوخت، از آن مواد شیمیایی انرژی تولید می کنند.

سلولهای سوخت اکسید جامد با گاز در دمای بالا کار می کنند. نیکلاس، سرپرست آزمایشگاهی در بخش مهندسی شیمی و علوم مواد، می‌گوید: «ما می‌توانیم به صورت الکتروشیمیایی با آن گازها واکنش نشان دهیم تا الکتریسیته خارج شود و این فرآیند بسیار کارآمدتر از انفجار سوخت مانند موتور احتراق داخلی است.»

اما حتی بدون انفجار، پیل سوختی باید شرایط کاری شدید را تحمل کند.

نیکلاس گفت: «این دستگاه‌ها معمولاً در دمای 700 تا 800 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند، و باید این کار را برای مدت طولانی انجام دهند - 40,000 ساعت در طول عمرشان». برای مقایسه، این تقریباً 1,300 تا 1,400 درجه فارنهایت یا تقریباً دو برابر دمای یک اجاق پیتزا تجاری است.

نیکلاس گفت: "و بیش از این طول عمر ، شما از نظر حرارتی آن را دوچرخه سواری می کنید." "شما آن را خنک می کنید و آن را دوباره گرم می کنید. این یک محیط بسیار شدید است. می‌توانید سرهای مدار را خاموش کنید.»

بنابراین، یکی از موانع پیش روی این فناوری پیشرفته نسبتاً ابتدایی است: مدار رسانا، که اغلب از نقره ساخته شده است، باید بهتر به اجزای سرامیکی زیرین بچسبد.

محققان دریافتند راز بهبود چسبندگی اضافه کردن یک لایه میانی از نیکل متخلخل بین نقره و سرامیک است.

این تیم با انجام آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای از نحوه تعامل مواد، نحوه رسوب نیکل روی سرامیک را بهینه کرد. و برای ایجاد لایه‌های نیکل نازک و متخلخل روی سرامیک در الگو یا طرحی که انتخاب می‌کنند، محققان به چاپ روی صفحه روی آوردند.

نیکلاس گفت: "این همان چاپ صفحه است که برای تهیه تی شرت استفاده می شود." ما به جای پیراهن فقط الکترونیک چاپ صفحه نمایش هستیم. این یک تکنیک بسیار دوستانه است. "

هنگامی که نیکل در جای خود قرار گرفت ، تیم آن را با نقره ای که در دمای حدود 1,000 درجه سانتیگراد ذوب می شود ، در تماس قرار می دهد. نیکل نه تنها آن گرما را تحمل می کند - نقطه ذوب آن 1,455 درجه سانتیگراد است - بلکه نقره مایع را به طور یکنواخت روی ویژگی های ظریف خود با استفاده از آنچه که عمل مویرگی نامیده می شود توزیع می کند.

نیکلاس گفت: «تقریباً شبیه یک درخت است. یک درخت از طریق عمل مویرگی آب را به شاخه های خود می رساند. نیکل با همان مکانیسم نقره مذاب را از بین می برد.

هنگامی که نقره سرد و جامد می شود، نیکل آن را روی سرامیک قفل می کند، حتی در گرمای 700 تا 800 درجه سانتیگراد در داخل یک پیل سوختی اکسید جامد یا یک سلول الکترولیز اکسید جامد قرار می گیرد. و این رویکرد همچنین می تواند به سایر فن آوری ها کمک کند ، جایی که الکترونیک می تواند داغ شود.

جان دبلینگ، مدیر فناوری MSU Technologies، دفتر انتقال فناوری و تجاری سازی ایالت میشیگان، گفت: «تعداد گسترده ای از برنامه های الکترونیکی وجود دارد که به بردهای مداری نیاز دارند که می توانند در برابر دماهای بالا یا قدرت بالا مقاومت کنند. اینها شامل کاربردهای موجود در بازارهای خودرو، هوافضا، صنعتی و نظامی و همچنین موارد جدیدتر مانند سلول‌های خورشیدی و سلول‌های سوختی اکسید جامد است.

به عنوان یک مدیر فناوری، دبلینگ برای تجاری سازی نوآوری های اسپارتی کار می کند و او در تلاش است تا به ثبت اختراع این فرآیند برای ایجاد لوازم الکترونیکی سخت تر کمک کند.

او گفت: «این فناوری نسبت به فناوری‌های رسوب خمیر و بخار موجود، پیشرفت قابل‌توجهی در قیمت و ثبات دما دارد.»

نیکلاس به نوبه خود بیشترین علاقه را به کاربردهای پیشرفته در افق دارد، مواردی مانند سلول های سوختی اکسید جامد و سلول های الکترولیز اکسید جامد.

نیکلاس گفت: "ما در حال کار برای بهبود قابلیت اطمینان آنها در زمین - و در مریخ" هستیم.

###

همچنین محققین مهندسی اسپارتی، استادیار هوی-چیا یو، پروفسور تیموتی هوگان و پروفسور توماس بیلر در این پروژه مشارکت داشتند. پژوهشگران دانشجوی فارغ التحصیل در این پروژه شامل Genzhi Hu، Quan Zhou، Aiswarya Bhatlawande، Jiyun Park، Robert Termuhlen و Yuxi Ma بودند (Zhou، Bhatlawande و Ma از آن زمان فارغ التحصیل شده اند).

یکی از Coeaders این پروژه در دانشگاه براون ، پروفسور یو چی ، همچنین با MSU ارتباط دارد. وی تا سال 2020 به عنوان دانشکده و معاون تحلیف معاون حضور و تنوع در دانشکده مهندسی خدمت کرد.

####

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
کارولین بروکس

@MSUnews

حق چاپ © دانشگاه ایالتی میشیگان

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: