2021年4月30日
明天的尖端技术将需要可以忍受极端条件的电子产品。这就是为什么密歇根州立大学的杰森·尼古拉斯（Jason Nicholas）领导的一群研究人员今天正在建造更强大的电路。
尼古拉斯（Nicholas）和他的团队在镍的协助下开发了更多的热弹性银回路。该团队描述了由美国能源部固体氧化物燃料电池计划资助的工作，于4月15日在《杂志》中Scripta Materialia。
MSU团队正在努力受益的设备类型 - 下一代燃料电池，高温半导体和固体氧化物电解细胞 - 可能在汽车，能源和航空航天工业中应用。
尽管您现在无法从架子上购买这些设备，但研究人员目前正在实验室中构建它们，以在现实世界中甚至在其他行星上进行测试。
例如，NASA开发了一个固体氧化电解电池，使火星2020年的持久漫游者于4月22日在火星大气中从气体中制成氧气。NASA希望该原型有一天会导致设备，使宇航员能够创建火箭燃料和透气的空气app亚博体育在火星上。
工程学院副教授尼古拉斯说，为了帮助这些原型成为商业产品，他们需要长时间保持高温的表现。
经过多年使用固体氧化物燃料电池，他被吸引到该领域，这种燃料电池像固体氧化物电解细胞相反。它们没有使用能量来产生气体或燃料，而是从这些化学物质产生能量。
“固体氧化物燃料电池在高温下与气体一起工作。我们能够电化学反应这些气体以使电力发电，而该过程比像内燃烧发动机那样爆炸燃料要高得多，”尼古拉斯（Nicholas）说，他领导化学工程和材料科学系实验室。亚博网站下载亚博老虎机网登录
但是即使没有爆炸，燃料电池也需要承受强烈的工作条件。
“这些设备通常在700至800摄氏度左右操作，它们必须很长一段时间 - 一生中40,000小时，”尼古拉斯说。为了进行比较，大约是华氏1,300至1,400度，或商业披萨烤箱的温度两倍。
“在那一生中，您正在热骑它，”尼古拉斯说。“您正在冷却并将其加热。这是一个非常极端的环境。您可以让电路线路弹出。”
因此，面对这项先进技术的障碍之一是基本的：通常由银制成的导电电路需要更好地粘贴在基础陶瓷组件上。
研究人员发现，改善粘附的秘诀是在银和陶瓷之间增加一个中间的多孔镍。
通过对材料如何相互作用进行实验和计算机模拟，团队优化了将镍沉积在陶瓷上的方式。亚博网站下载为了在其选择的图案或设计上在陶瓷上创建薄的多孔镍层，研究人员转向丝网印刷。
“这是用来制作T恤的丝网印刷品，”尼古拉斯说。“我们只是屏幕打印电子产品，而不是衬衫。这是一种非常适合制造的技术。”
镍到位后，团队将其与在约1,000摄氏度的温度下融化的银接触。镍不仅可以承受高温 - 其熔点为1,455摄氏度 - 而且还使用所谓的毛细管动作将液化的银均匀地分布在其精美特征上。
“这几乎就像一棵树，”尼古拉斯说。“一棵树通过毛细管动作将水倒入其树枝上。镍通过相同的机制使熔融的银芯起来。”
一旦银冷却并固化，镍将其锁定在陶瓷上，即使在700至800摄氏度的热量中，它也会在固体氧化物燃料电池或固体氧化物电解电池内面对。而且，这种方法还具有帮助其他技术可以运行热的技术。
“有多种电子应用需要可以承受高温或高功率的电路板，”密歇根州立大学的技术转移和商业化办公室的技术经理乔恩·德丁（Jon Debling）说。“其中包括在汽车，航空航天，工业和军事市场中的现有应用，以及诸如太阳能电池和固体氧化物燃料电池之类的新型应用。”
作为技术经理，Desbling致力于商业化斯巴达的创新，他正在努力帮助创建更严格的电子产品的过程专利。
“这项技术在成本和温度稳定性方面是一个重大改进 - 与现有的糊状和蒸气沉积技术相比，这项技术是一个重大的改进，”他说。
就他而言，尼古拉斯仍然对那些在地平线上的尖端应用，诸如固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解细胞之类的东西最感兴趣。
“我们正在努力提高他们在地球上和火星上的可靠性，”尼古拉斯说。
Spartan工程研究人员助理教授Hui-Chia Yu，Timothy Hogan教授和Thomas Bieler教授也为该项目做出了贡献。该项目的研究生研究人员包括Genzhi Hu，Quan Zhou，Aiswarya Bhatlawande，Jiyun Park，Robert Termuhlen和Yuxi MA（Zhou，Bhatlawande和Ma自此毕业）。
该项目在布朗大学（Brown University）的一位coeaders教授Yue Qi教授也与密西根州立大学（MSU）有联系。她曾担任工程学院的纳入与多样性的副院长，直到2020年。
资源：https://msu.edu/