בטנת כסף עבור אקסטרים אלקטרוניקה

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > בטנה כסופה לאלקטרוניקה אקסטרים

חוקרי MSU פיתחו תהליך ליצירת מעגלים גמישים יותר, אותם הדגימו על ידי יצירת קסדה ספרטנית כסופה. המעגל תוכנן על ידי ג'יין מנפרדי, עוזרת פרופסור במכללה לרפואה וטרינרית. קרדיט: Acta Materialia Inc./Elsevier

תקציר:
הטכנולוגיה המתקדמת של מחר תזדקק לאלקטרוניקה שיכולה לסבול תנאים קיצוניים. זו הסיבה שקבוצת חוקרים בראשות ג'ייסון ניקולס מאוניברסיטת מישיגן סטייט בונה היום מעגלים חזקים יותר.

בטנה כסופה לאלקטרוניקה קיצונית

East Lansing, MI | פורסם ב-30 באפריל, 2021

ניקולס והצוות שלו פיתחו מעגלי כסף עמידים יותר בחום עם אסיסט מניקל. הצוות תיאר את העבודה, אשר מומנה על ידי משרד ארצות הברית לתאי דלק תחמוצת מוצק, ב-15 באפריל בכתב העת Scripta Materialia.

לסוגי המכשירים שצוות MSU פועל לטובתם - תאי דלק מהדור הבא, מוליכים למחצה בטמפרטורה גבוהה ותאי אלקטרוליזה של תחמוצת מוצק - יכולים להיות יישומים בתעשיות הרכב, האנרגיה והתעופה והחלל.

למרות שאי אפשר לקנות את המכשירים האלה מהמדף כעת, חוקרים בונים אותם כעת במעבדות כדי לבדוק בעולם האמיתי, ואפילו על כוכבי לכת אחרים.

לדוגמה, נאס"א פיתחה תא אלקטרוליזה של תחמוצת מוצק שאיפשר ל-Mars 2020 Perseverance Rover לייצר חמצן מגז באטמוספרה של מאדים ב-22 באפריל. נאס"א מקווה שאב הטיפוס הזה יוביל יום אחד לציוד שיאפשר לאסטרונאוטים ליצור דלק רקטי ואוויר לנשימה בזמן על מאדים.

עם זאת, כדי לעזור לאבות טיפוס כאלה להפוך למוצרים מסחריים, הם יצטרכו לשמור על הביצועים שלהם בטמפרטורות גבוהות לאורך תקופות זמן ארוכות, אמר ניקולס, פרופסור חבר במכללה להנדסה.

הוא נמשך לתחום זה לאחר שנים של שימוש בתאי דלק תחמוצת מוצק, הפועלים כמו תאי אלקטרוליזה של תחמוצת מוצק הפוך. במקום להשתמש באנרגיה ליצירת גזים או דלק, הם יוצרים אנרגיה מאותם כימיקלים.

"תאי דלק תחמוצת מוצק עובדים עם גזים בטמפרטורה גבוהה. אנחנו מסוגלים להגיב אלקטרוכימית לגזים האלה כדי להוציא חשמל והתהליך הזה הוא הרבה יותר יעיל מדלק מתפוצץ כמו מנוע בעירה פנימית עושה", אמר ניקולס, שעומד בראש מעבדה במחלקה להנדסה כימית ומדעי החומרים.

אבל גם ללא פיצוצים, תא הדלק צריך לעמוד בתנאי עבודה אינטנסיביים.

"המכשירים האלה פועלים בדרך כלל בסביבות 700 עד 800 מעלות צלזיוס, והם צריכים לעשות זאת במשך זמן רב - 40,000 שעות במהלך חייהם", אמר ניקולס. לשם השוואה, זה בערך 1,300 עד 1,400 מעלות פרנהייט, או בערך כפול מהטמפרטורה של תנור פיצה מסחרי.

"ובמשך כל החיים האלה, אתה רוכב עליו תרמית," אמר ניקולס. "אתה מקרר אותו ומחמם אותו בחזרה. זו סביבה מאוד קיצונית. אתה יכול לקבל מובילי מעגל שינתקו."

לפיכך, אחת המכשולים העומדים בפני הטכנולוגיה המתקדמת הזו היא בסיסית למדי: המעגלים המוליכים, עשויים לעתים קרובות מכסף, צריכים להיצמד טוב יותר לרכיבים הקרמיים הבסיסיים.

הסוד לשיפור ההדבקה, גילו החוקרים, היה הוספת שכבת ביניים של ניקל נקבובי בין הכסף לקרמיקה.

על ידי ביצוע ניסויים וסימולציות ממוחשבות של אופן האינטראקציה בין החומרים, הצוות ייעל את האופן שבו הוא הפקיד את הניקל על הקרמיקה. וכדי ליצור את שכבות הניקל הדקות והנקבוביות על הקרמיקה בדוגמה או עיצוב לפי בחירתם, פנו החוקרים להדפסת מסך.

"זו אותה הדפסת מסך שמשמשת לייצור חולצות," אמר ניקולס. "אנחנו רק מדפיסים אלקטרוניקה במקום חולצות. זו טכניקה מאוד ידידותית לייצור."

לאחר שהניקל נמצא במקום, הצוות שם אותו במגע עם כסף שנמס בטמפרטורה של כ-1,000 מעלות צלזיוס. הניקל לא רק עומד בחום הזה - נקודת ההיתוך שלו היא 1,455 מעלות צלזיוס - אלא הוא גם מפיץ את הכסף הנוזלי בצורה אחידה על פני תכונותיו העדינות תוך שימוש במה שנקרא פעולת קפילרית.

"זה כמעט כמו עץ," אמר ניקולס. "עץ מעלה מים לענפיו באמצעות פעולה נימית. הניקל מנדף את הכסף המותך באמצעות אותו מנגנון".

ברגע שהכסף מתקרר ומתמצק, הניקל שומר אותו נעול על הקרמיקה, אפילו בחום של 700 עד 800 מעלות צלזיוס הוא יפנה בתוך תא דלק תחמוצת מוצק או תא אלקטרוליזה של תחמוצת מוצקה. ולגישה הזו יש גם פוטנציאל לעזור לטכנולוגיות אחרות, שבהן האלקטרוניקה יכולה להתחמם.

"יש מגוון רחב של יישומים אלקטרוניים הדורשים מעגלים שיכולים לעמוד בטמפרטורות גבוהות או הספק גבוה", אמר ג'ון דבלינג, מנהל טכנולוגיה ב-MSU Technologies, משרד העברת הטכנולוגיה והמסחור של מישיגן סטייט. "אלה כוללים יישומים קיימים בשוקי הרכב, התעופה והחלל, התעשייה והצבא, אך גם חדשים יותר כמו תאים סולאריים ותאי דלק תחמוצת מוצק."

כמנהל טכנולוגיה, דבלינג פועל למסחור חידושים ספרטניים והוא פועל לסייע בפטנט תהליך זה ליצירת אלקטרוניקה קשוחה יותר.

"טכנולוגיה זו מהווה שיפור משמעותי - ביציבות העלות והטמפרטורה - בהשוואה לטכנולוגיות קיימות של משחות ואדים", אמר.

מצדו, ניקולס ממשיך להתעניין ביותר ביישומים מתקדמים באופק, דברים כמו תאי דלק תחמוצת מוצק ותאי אלקטרוליזה של תחמוצת מוצקה.

"אנחנו עובדים כדי לשפר את המהימנות שלהם כאן על כדור הארץ - ועל מאדים", אמר ניקולס.

# # #

כמו כן תרמו לפרויקט חוקרי ההנדסה הספרטניים עוזר פרופסור Hui-Chia Yu, פרופסור טימותי הוגאן ופרופסור תומס בילר. חוקרי סטודנטים לתארים מתקדמים בפרויקט כללו את גנז'י הו, קוואן ג'ואו, אייסוואריה בהטלוואנדה, ג'ייון פארק, רוברט טרמולן ויושי מא (ז'ו, בהטלואנדה ומא סיימו מאז את לימודיהם).

לאחד ממובילי הפרויקט באוניברסיטת בראון, פרופסור יו צ'י, יש גם קשרים עם MSU. היא שימשה כפקולטה וכדיקן ההרכבה של הכללה וגיוון במכללה להנדסה עד 2020.

####

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן

ליצירת קשר:
קרוליין ברוקס

@MSUnews

זכויות יוצרים © אוניברסיטת מישיגן סטייט

אם יש לך תגובה בבקשה צרו קשר שלנו.

מנפיקי מהדורות חדשות, לא 7th Wave, Inc. או Nanotechnology Now, אחראים בלעדית לדיוק התוכן.

הפוך: