A Silver Lining For Extreme Electronics

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Kezdőlap > nyomja meg > Ezüst bélés az extrém elektronikához

Az MSU kutatói egy eljárást dolgoztak ki rugalmasabb áramkörök létrehozására, amit egy ezüst spártai sisak létrehozásával demonstráltak. Az áramkört Jane Manfredi, az Állatorvosi Főiskola adjunktusa tervezte. hitel: Acta Materialia Inc./Elsevier

Absztrakt:
A holnap csúcstechnológiájához olyan elektronikára lesz szükség, amely elviseli az extrém körülményeket. Éppen ezért a Michigani Állami Egyetem Jason Nicholas által vezetett kutatócsoportja ma erősebb áramköröket épít.

Ezüst bélés az extrém elektronikához

East Lansing, MI | Feladás dátuma: 30. április 2021

Nicholas és csapata hőállóbb ezüst áramkört fejlesztett ki a nikkel segítségével. A csapat április 15-én ismertette a Scripta Materialia folyóiratban a munkát, amelyet az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának szilárd oxidos üzemanyagcellás programja finanszírozott.

Azok az eszközök, amelyek hasznán az MSU csapata dolgozik – a következő generációs üzemanyagcellák, a magas hőmérsékletű félvezetők és a szilárd oxid-elektrolízis cellák – az autóiparban, az energiaiparban és a repülőgépiparban alkalmazhatók.

Bár ezeket az eszközöket most nem lehet megvásárolni a polcról, a kutatók jelenleg laboratóriumokban építik őket, hogy a való világban, sőt más bolygókon is teszteljék őket.

Például a NASA kifejlesztett egy szilárd oxid-elektrolízis cellát, amely lehetővé tette a Mars 2020 Perseverance Rover számára, hogy a Mars légkörében lévő gázból oxigént állítson elő április 22-én. A NASA reméli, hogy ez a prototípus egy napon olyan berendezésekhez fog vezetni, amelyek lehetővé teszik az űrhajósok számára rakétaüzemanyag és lélegző levegő létrehozását. míg a Marson.

Ahhoz azonban, hogy az ilyen prototípusok kereskedelmi termékekké váljanak, hosszú ideig meg kell őrizniük teljesítményüket magas hőmérsékleten – mondta Nicholas, a Műszaki Főiskola docense.

Ez a terület vonzotta azután, hogy éveken át szilárd oxid üzemanyagcellákat használt, amelyek úgy működnek, mint a szilárd oxid elektrolízis cellák, fordítva. Ahelyett, hogy energiát használnának fel gázok vagy üzemanyagok előállítására, energiát állítanak elő ezekből a vegyi anyagokból.

„A szilárd oxid üzemanyagcellák magas hőmérsékleten gázokkal dolgoznak. Képesek vagyunk elektrokémiai reakcióba hozni ezeket a gázokat, hogy áramot szabadítsunk ki, és ez a folyamat sokkal hatékonyabb, mint az üzemanyag felrobbanása, mint egy belső égésű motornál” – mondta Nicholas, aki a Vegyészmérnöki és Anyagtudományi Osztály laboratóriumát vezeti.

De az üzemanyagcellának robbanások nélkül is ki kell bírnia az intenzív munkakörülményeket.

"Ezek az eszközök általában 700-800 Celsius-fokon működnek, és hosszú ideig kell működniük - 40,000 1,300 órát élettartamuk során" - mondta Nicholas. Összehasonlításképpen, ez körülbelül 1,400-XNUMX Fahrenheit-fok, vagyis körülbelül kétszerese egy kereskedelmi pizzasütő hőmérsékletének.

„És ez alatt az életen át termikusan biciklizik” – mondta Nicholas. – Lehűtöd, majd újra felmelegíted. Nagyon extrém környezet. Lekapcsolhatja az áramköri vezetékeket."

Így ennek a fejlett technológiának az egyik akadálya meglehetősen kezdetleges: a gyakran ezüstből készült vezető áramkörnek jobban kell tapadnia az alatta lévő kerámia alkatrészekhez.

A kutatók azt találták, hogy a tapadás javításának titka egy köztes porózus nikkelréteg hozzáadása az ezüst és a kerámia közé.

Az anyagok kölcsönhatását vizsgáló kísérletek és számítógépes szimulációk elvégzésével a csapat optimalizálta, hogyan rakja le a nikkelt a kerámiára. A kutatók a szitanyomás felé fordultak, hogy a kerámián vékony, porózus nikkelrétegeket alakítsanak ki az általuk választott mintával vagy mintával.

„Ugyanaz a szitanyomás, amelyet a pólók készítéséhez használnak” – mondta Nicholas. „Ingék helyett csak elektronikát szitanyomunk. Ez egy nagyon gyártásbarát technika.”

Amint a nikkel a helyére került, a csapat érintkezésbe hozza azt az ezüsttel, amely körülbelül 1,000 Celsius fokos hőmérsékleten megolvadt. A nikkel nemcsak ezt a hőt viseli el – olvadáspontja 1,455 Celsius-fok –, hanem egyenletesen osztja el a cseppfolyós ezüstöt finom vonásai között az úgynevezett kapilláris hatás segítségével.

– Majdnem olyan, mint egy fa – mondta Nicholas. „A fa kapillárisok hatására vizet juttat az ágaiig. A nikkel ugyanazon a mechanizmuson keresztül szívja fel az olvadt ezüstöt."

Miután az ezüst lehűl és megszilárdul, a nikkel a kerámiához rögzítve tartja, még 700-800 Celsius fokos hőségben is, ha szilárd oxid üzemanyagcellában vagy szilárd oxid elektrolízis cellában találkozna. És ez a megközelítés más technológiákat is segíthet, ahol az elektronika felforrósodhat.

„Számos elektronikus alkalmazás létezik, amelyekhez olyan áramköri lapokra van szükség, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékletnek vagy nagy teljesítménynek” – mondta Jon Debling, az MSU Technologies technológiai menedzsere, Michigan állam technológiai transzfer és kereskedelmi irodája. „Ebbe beletartoznak a meglévő alkalmazások az autóiparban, a repülőgépiparban, az ipari és katonai piacokon, de az újabbak is, mint például a napelemek és a szilárd oxid üzemanyagcellák.”

Technológiai menedzserként Debling a spártai innovációk kereskedelmi forgalomba hozatalán dolgozik, és azon dolgozik, hogy segítsen szabadalmaztatni ezt a keményebb elektronikai eszközök létrehozására szolgáló eljárást.

„Ez a technológia jelentős előrelépést jelent – a költségek és a hőmérséklet stabilitása terén – a meglévő paszta- és gőzleválasztási technológiákhoz képest” – mondta.

A maga részéről Nicholast továbbra is azok a legmodernebb alkalmazások érdeklik leginkább, mint a szilárd oxid üzemanyagcellák és a szilárd oxid elektrolízis cellák.

„Azon dolgozunk, hogy javítsuk a megbízhatóságukat itt a Földön – és a Marson – mondta Nicholas.

###

A projektben közreműködtek a spártai mérnöki kutatók, Hui-Chia Yu adjunktus, Timothy Hogan professzor és Thomas Bieler professzor is. A projektben végzett hallgatói kutatók között szerepelt Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen és Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande és Ma azóta diplomát szerzett).

A projekt egyik vezetője a Brown Egyetemen, Yue Qi professzor szintén kapcsolatban áll az MSU-val. 2020-ig a Mérnöki Főiskola oktatói és beiktató dékánhelyettese volt a befogadás és sokszínűség témakörében.

####

További információért kattintson a gombra itt

Elérhetőségek:
Caroline Brooks

@MSUnews

Ha van észrevétele, kérem Kapcsolat minket.

A tartalom pontosságáért kizárólag a sajtóközlemények kiadói felelősek, nem pedig a 7th Wave, Inc. vagy a Nanotechnology Now.

Könyvjelző: