Extreme Elektronik İçin Gümüş Astar

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Ekstrem elektronikler için umut verici bir astar

MSU araştırmacıları, daha dayanıklı devreler oluşturmak için bir süreç geliştirdiler ve bunu gümüş bir Spartalı kask oluşturarak gösterdiler. Devre, Veteriner Fakültesi'nde yardımcı doçent olan Jane Manfredi tarafından tasarlandı. Kredi bilgileri: Acta Materialia Inc./Elsevier

Özet:
Yarının en ileri teknolojisi, zorlu koşullara dayanabilecek elektroniklere ihtiyaç duyacak. Bu nedenle Michigan State Üniversitesi'nden Jason Nicholas liderliğindeki bir grup araştırmacı bugün daha güçlü devreler inşa ediyor.

Ekstrem elektronikler için gümüş astar

Doğu Lansing, MI | 30 Nisan 2021'de yayınlandı

Nicholas ve ekibi, nikelin yardımıyla ısıya daha dayanıklı gümüş devre geliştirdi. Ekip, ABD Enerji Bakanlığı Katı Oksit Yakıt Pili Programı tarafından finanse edilen çalışmayı 15 Nisan'da Scripta Materialia dergisinde anlattı.

MSU ekibinin faydalanmak için çalıştığı cihaz türleri (yeni nesil yakıt hücreleri, yüksek sıcaklıklı yarı iletkenler ve katı oksit elektroliz hücreleri) otomotiv, enerji ve havacılık endüstrilerinde uygulamalara sahip olabilir.

Bu cihazları şu anda raftan satın alamasanız da, araştırmacılar bunları gerçek dünyada ve hatta diğer gezegenlerde test etmek için şu anda laboratuvarlarda inşa ediyorlar.

Örneğin NASA, 2020 Nisan'da Mars 22 Perseverance Rover'ın Mars atmosferindeki gazdan oksijen üretmesini sağlayan bir katı oksit elektroliz hücresi geliştirdi. NASA, bu prototipin bir gün astronotların roket yakıtı ve solunabilir hava oluşturmasına olanak tanıyan ekipmanlara yol açacağını umuyor. Mars'tayken.

Mühendislik Fakültesi'nde doçent olan Nicholas, bu tür prototiplerin ticari ürünler haline gelmesine yardımcı olmak için yüksek sıcaklıklardaki performanslarını uzun süre korumaları gerektiğini söyledi.

Yıllarca katı oksit elektroliz hücreleri gibi ters yönde çalışan katı oksit yakıt hücrelerini kullandıktan sonra bu alana çekildi. Enerjiyi gaz veya yakıt oluşturmak için kullanmak yerine, bu kimyasallardan enerji üretiyorlar.

“Katı oksit yakıt hücreleri yüksek sıcaklıktaki gazlarla çalışır. Elektriği çıkarmak için bu gazları elektrokimyasal olarak reaksiyona sokabiliyoruz ve bu süreç, içten yanmalı bir motorda olduğu gibi yakıtın patlamasından çok daha verimli” dedi Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümünde bir laboratuvara liderlik eden Nicholas.

Ancak patlamalar olmasa bile yakıt hücresinin yoğun çalışma koşullarına dayanması gerekiyor.

Nicholas, "Bu cihazlar genellikle 700 ila 800 santigrat derece civarında çalışıyor ve bunu uzun bir süre boyunca - ömürleri boyunca 40,000 saat - yapmak zorundalar" dedi. Karşılaştırma için, bu yaklaşık 1,300 ila 1,400 Fahrenheit derecedir veya ticari bir pizza fırınının sıcaklığının yaklaşık iki katıdır.

Nicholas, "Ve bu yaşam boyunca termal olarak döngü yapıyorsunuz" dedi. “Onu soğutup tekrar ısıtıyorsunuz. Çok ekstrem bir ortam. Devre kablolarının çıkmasını sağlayabilirsiniz.

Bu nedenle, bu ileri teknolojinin karşılaştığı engellerden biri oldukça ilkel: Genellikle gümüşten yapılan iletken devrelerin, alttaki seramik bileşenlere daha iyi yapışması gerekiyor.

Araştırmacılar, yapışmayı iyileştirmenin sırrının, gümüş ile seramik arasına bir ara gözenekli nikel tabakası eklemek olduğunu buldu.

Ekip, malzemelerin nasıl etkileşime girdiğine dair deneyler ve bilgisayar simülasyonları gerçekleştirerek nikelin seramiğe nasıl yerleştirildiğini optimize etti. Araştırmacılar, seramik üzerindeki ince, gözenekli nikel katmanlarını kendi seçtikleri bir desen veya tasarımda oluşturmak için serigrafi baskıya yöneldiler.

Nicholas, "Bu, tişört yapımında kullanılan serigrafi baskının aynısı" dedi. “Gömlek yerine elektronik baskı yapıyoruz. Bu oldukça üretim dostu bir teknik.”

Nikel yerine yerleştirildikten sonra ekip, onu yaklaşık 1,000 santigrat derece sıcaklıkta erimiş gümüşle temas ettiriyor. Nikel yalnızca bu ısıya dayanmakla kalmıyor (erime noktası 1,455 santigrat derece) aynı zamanda kılcal hareket adı verilen şeyi kullanarak sıvılaştırılmış gümüşü ince özellikleri boyunca eşit bir şekilde dağıtıyor.

Nicholas, "Neredeyse bir ağaca benziyor" dedi. “Ağaç kılcal damarlar sayesinde suyu dallarına kadar alır. Nikel, aynı mekanizma aracılığıyla erimiş gümüşü yukarıya doğru çekiyor.”

Gümüş soğuyup katılaştığında nikel, katı oksit yakıt hücresi veya katı oksit elektroliz hücresi içinde karşılaşacağı 700 ila 800 santigrat derece sıcaklıkta bile onu seramiğe kilitli tutar. Bu yaklaşımın aynı zamanda elektroniklerin ısınabileceği diğer teknolojilere de yardımcı olma potansiyeli var.

Michigan State'in teknoloji transferi ve ticarileştirme ofisi MSU Technologies'in teknoloji yöneticisi Jon Debling, "Yüksek sıcaklıklara veya yüksek güce dayanabilen devre kartları gerektiren çok çeşitli elektronik uygulamalar var" dedi. "Bunlar otomotiv, havacılık, endüstriyel ve askeri pazarlardaki mevcut uygulamaların yanı sıra güneş pilleri ve katı oksit yakıt hücreleri gibi daha yeni uygulamaları da içeriyor."

Bir teknoloji yöneticisi olarak Debling, Spartalı yenilikleri ticarileştirmek için çalışıyor ve daha dayanıklı elektronikler yaratmak için bu sürecin patentlenmesine yardımcı olmak için çalışıyor.

"Bu teknoloji, mevcut macun ve buhar biriktirme teknolojilerine göre maliyet ve sıcaklık stabilitesi açısından önemli bir gelişmedir" dedi.

Nicholas, katı oksit yakıt hücreleri ve katı oksit elektroliz hücreleri gibi ufuktaki ileri teknoloji uygulamalarla en çok ilgilenmeye devam ediyor.

Nicholas, "Burada, Dünya'da ve Mars'ta güvenilirliklerini artırmak için çalışıyoruz" dedi.

###

Projeye ayrıca Spartalı mühendislik araştırmacıları Yardımcı Doçent Hui-Chia Yu, Profesör Timothy Hogan ve Profesör Thomas Bieler de katkıda bulundu. Projedeki yüksek lisans öğrencisi araştırmacılar arasında Genzhi Hu, Quan Zhou, Aiswarya Bhatlawande, Jiyun Park, Robert Termuhlen ve Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande ve Ma o zamandan beri mezun oldu) vardı.

Brown Üniversitesi'ndeki projenin ortak liderlerinden biri olan Profesör Yue Qi'nin de MSU ile bağları var. 2020 yılına kadar Mühendislik Fakültesi'nde öğretim üyesi ve katılım ve çeşitlilik alanında ilk dekan yardımcısı olarak görev yaptı.

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Caroline Brooks

@MSUnews

Telif Hakkı © Michigan Eyalet Üniversitesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: