2021年4月30日
未来的尖端技术将需要能够承受极端条件的电子设备。这就是为什么密歇根州立大学的杰森·尼古拉斯领导的一组研究人员今天正在建造更强大的电路。
尼古拉斯和他的团队在镍的帮助下开发出了更多的热弹性银电路。该研究小组在4月15日的杂志上描述了这项由美国能源部固体氧化物燃料电池计划资助的工作Scripta Materialia．
密歇根州立大学团队正在研究的设备类型——下一代燃料电池、高温半导体和固体氧化物电解电池——可能会应用于汽车、能源和航空航天行业。
虽然你现在还不能从货架上买到这些设备，但研究人员目前正在实验室里制造它们，以便在现实世界中测试，甚至在其他星球上测试。
例如，美国宇航局22日开发出了固体氧化物电解电池，使火星2020“毅力”号探测器能够从火星大气中的气体中制造氧气。美国国家航空航天局希望这个原型有一天能制造出设备，让宇航员在火星上制造火箭燃料和可呼吸的空气。2020欧洲杯下注官网
不过，工程学学院的副教授尼古拉斯说，为了帮助这种原型机成为商业产品，它们需要在长时间的高温下保持性能。
多年来，他一直在使用固体氧化物燃料电池，这种电池的工作原理类似于固体氧化物电解电池。它们不是利用能源来制造气体或燃料，而是利用这些化学物质来制造能源。
固体氧化物燃料电池在高温下与气体一起工作。我们能够对这些气体进行电化学反应，以获得电力，这一过程比内燃机爆炸燃料的效率要高得多。”尼古拉斯说，他领导着化学工程和材料科学系的一个实验室。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
但即使没有爆炸，燃料电池也需要承受高强度的工作环境。
“这些设备通常在700到800摄氏度左右工作，而且它们需要很长时间来工作——在它们的寿命中需要40000小时。”尼古拉斯说。相比之下，这大约是1300到1400华氏度，大约是普通披萨烤箱温度的两倍。
“在这一生中，你在进行热循环，”尼古拉斯说。“你在冷却它，然后再加热它。这是一个非常极端的环境。你可以让电路引线断开。”
因此，这种先进技术面临的一个障碍是相当初级的:导电电路通常由银制成，需要更好地粘在底层陶瓷组件上。
研究人员发现，提高附着力的秘密是在银和陶瓷之间添加一层多孔镍中间层。
通过对材料相互作用的实验和计算机模拟，该团队优化了在陶瓷上沉积镍的方式。欧洲杯足球竞彩为了按照他们选择的图案或设计在陶瓷上创造薄的多孔镍层，研究人员转向了丝网印刷。
“这和制作t恤的丝网印刷是一样的，”尼古拉斯说。“我们只是丝网印刷电子产品，而不是衬衫。这是一种非常有利于生产的技术。”
一旦镍就位，研究小组将其与银接触，银会在大约1000摄氏度的温度下熔化。镍不仅能承受高温——它的熔点是1455摄氏度——还能通过所谓的毛细管作用将液态银均匀地分布在它的细微部位。
“它几乎就像一棵树，”尼古拉斯说。“树木通过毛细作用将水分输送到树枝上。镍通过同样的机制吸收熔化的银。”
一旦银冷却和凝固，镍将其锁定在陶瓷上，即使在固体氧化物燃料电池或固体氧化物电解电池中，它将面临700到800摄氏度的高温。这种方法也有可能帮助其他电子设备发热的技术。
“有各种各样的电子应用需要能够承受高温或高功率的电路板，”密歇根州立大学技术转让和商业化办公室MSU Technologies的技术经理Jon Debling说。“这包括汽车、航空航天、工业和军事市场的现有应用，但也包括太阳能电池和固体氧化物燃料电池等较新的应用。”
作为一名技术经理，德布林的工作是将斯巴达式的创新商业化，他正在帮助为创造更坚固的电子产品的这一过程申请专利。
“与现有的膏体和气相沉积技术相比，这项技术在成本和温度稳定性方面都有显著的改进。”他说。
对尼古拉斯来说，他最感兴趣的还是那些即将出现的尖端应用，比如固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解电池。
“我们正在努力提高它们在地球上和火星上的可靠性，”尼古拉斯说。
斯巴坦工程研究员助理教授余惠嘉、Timothy Hogan教授和Thomas Bieler教授也参与了该项目。该项目的研究生研究人员包括胡根芝、周泉、Aiswarya Bhatlawande、Jiyun Park、Robert Termuhlen和Yuxi Ma (Zhou, Bhatlawande和Ma已毕业)。
该项目在布朗大学(Brown University)的负责人之一戚悦(Yue Qi)教授也与密歇根州立大学(MSU)有联系。她一直担任工程学院的教职员工和包容与多样性的首任副院长，直到2020年。
来源:https://msu.edu/