エクストリームエレクトロニクスに希望の光

ホーム > イベント >エクストリームエレクトロニクス用のシルバーライニング

MSUの研究者は、より弾力性のある回路を作成するプロセスを開発しました。これは、シルバーのスパルタンヘルメットを作成することで実証されました。回路は、獣医学部の助教授であるジェーン・マンフレディによって設計されました。クレジット：Acta Materialia Inc./Elsevier

要約：
明日の最先端技術には、極限状態に耐えられる電子機器が必要です。そのため、ミシガン州立大学のJason Nicholasが率いる研究者グループは、今日、より強力な回路を構築しています。

エクストリームエレクトロニクス用のシルバーライニング

ミシガン州イーストランシング| 30年2021月XNUMX日に投稿

ニコラスと彼のチームは、ニッケルの助けを借りて、より耐熱性の高い銀回路を開発しました。チームは、15月XNUMX日に米国エネルギー省の固体酸化物燃料電池プログラムによって資金提供された作業について、ジャーナルScriptaMaterialiaで説明しました。

MSUチームが恩恵を受けるために取り組んでいるタイプのデバイス（次世代燃料電池、高温半導体、固体酸化物電解セル）は、自動車、エネルギー、航空宇宙産業に応用できる可能性があります。

現在、これらのデバイスをすぐに購入することはできませんが、研究者は現在、実世界で、さらには他の惑星でテストするために、ラボでそれらを構築しています。

たとえば、NASAは、火星2020 Perseverance Roverが22月XNUMX日に火星の大気中のガスから酸素を作ることを可能にする固体酸化物電解セルを開発しました。NASAは、このプロトタイプがいつか宇宙飛行士がロケット燃料と通気性のある空気を作り出すことを可能にする装置につながることを望んでいます。火星にいる間。

しかし、そのようなプロトタイプが商用製品になるのを助けるために、それらは長期間にわたって高温でそれらの性能を維持する必要があるでしょう、と工学部の准教授であるニコラスは言いました。

彼は、固体酸化物電解セルのように逆に機能する固体酸化物燃料電池を何年も使用した後、この分野に惹かれました。エネルギーを使用してガスや燃料を生成するのではなく、それらの化学物質からエネルギーを生成します。

「固体酸化物形燃料電池は、高温のガスで動作します。これらのガスを電気化学的に反応させて電気を取り出すことができ、そのプロセスは、内燃機関のように燃料を爆発させるよりもはるかに効率的です」と、化学工学および材料科学部門のラボを率いるニコラスは述べています。

しかし、爆発がなくても、燃料電池は激しい作業条件に耐える必要があります。

「これらのデバイスは通常、摂氏700〜800度で動作し、長期間、つまり寿命全体で40,000時間動作する必要があります」とニコラス氏は述べています。比較すると、これは華氏約1,300〜1,400度、つまり市販のピザオーブンの約XNUMX倍の温度です。

「そしてその生涯にわたって、あなたはそれを熱的に循環させています」とニコラスは言いました。「あなたはそれを冷やし、そして再び暖めています。非常に極端な環境です。回路のリード線を外すことができます。」

したがって、この高度な技術が直面しているハードルのXNUMXつは、かなり初歩的なものです。多くの場合銀でできている導電性回路は、下にあるセラミックコンポーネントによりよく付着する必要があります。

接着性を改善する秘訣は、銀とセラミックの間に多孔質ニッケルの中間層を追加することであることが研究者によって発見されました。

チームは、材料がどのように相互作用するかについて実験とコンピューターシミュレーションを実行することにより、セラミックにニッケルを堆積させる方法を最適化しました。そして、選択したパターンまたはデザインでセラミック上に薄く多孔質のニッケル層を作成するために、研究者たちはスクリーン印刷に目を向けました。

「これは、Tシャツの作成に使用されるのと同じスクリーン印刷です」とニコラス氏は述べています。「私たちはシャツの代わりに電子機器をスクリーン印刷しているだけです。これは非常に製造に適した手法です。」

ニッケルが配置されると、チームはそれを摂氏約1,000度の温度で溶けた銀と接触させます。ニッケルはその熱に耐えるだけでなく（融点は摂氏1,455度）、いわゆる毛細管現象を使用して、液化した銀をその微細な特徴全体に均一に分散させます。

「それはほとんど木のようです」とニコラスは言いました。「木は毛細管現象によって枝まで水を運びます。ニッケルは同じメカニズムで溶融銀を吸い上げています。」

銀が冷えて固化すると、ニッケルはセラミックに固定されたままになります。摂氏700〜800度の熱でも、固体酸化物燃料電池または固体酸化物電解セルの内部で銀が直面します。また、このアプローチは、電子機器が熱くなる可能性がある他のテクノロジーを支援する可能性もあります。

ミシガン州立大学の技術移転および商業化オフィスであるMSUTechnologiesの技術マネージャーであるJonDeblingは、次のように述べています。「これらには、自動車、航空宇宙、産業、軍事市場の既存のアプリケーションだけでなく、太陽電池や固体酸化物燃料電池などの新しいアプリケーションも含まれます。」

テクノロジーマネージャーとして、デブリングはスパルタンのイノベーションの商業化に取り組んでおり、よりタフな電子機器を作成するためのこのプロセスの特許取得を支援しています。

「この技術は、既存のペーストおよび蒸着技術に比べて、コストと温度の安定性が大幅に向上しています」と彼は言いました。

ニコラス氏は、固体酸化物形燃料電池や固体酸化物形電解セルなど、地平線上にある最先端のアプリケーションに引き続き最も関心を持っています。

「私たちは、ここ地球と火星での信頼性の向上に取り組んでいます」とニコラスは言いました。

###

また、スパルタの工学研究者であるホイ・チア・ユー助教、ティモシー・ホーガン教授、トーマス・ビーラー教授もこのプロジェクトに貢献しました。このプロジェクトの大学院生の研究者には、Genzhi Hu、Quan Zhou、Aiswarya Bhatlawande、Jiyun Park、Robert Termuhlen、Yuxi Maが含まれていました（Zhou、Bhatlawande、Maはその後卒業しました）。

ブラウン大学のプロジェクトの共同リーダーの2020人であるYueQi教授も、MSUと関係があります。彼女は、XNUMX年まで工学部でインクルージョンとダイバーシティの教員および初代副学部長を務めました。

####

詳細については、クリックしてください。こちら

コンタクト：
キャロラインブルックス

@MSUニュース

コメントがあればお願いしますお問い合わせ私達。

7th Wave、Inc.やNanotechnology Nowではなく、ニュースリリースの発行者は、コンテンツの正確性について単独で責任を負います。

ブックマーク：