Инженеры разработали новый тип керамики, которую они называют «новой границей в области материалов», из которой можно делать тонкие и сложные формы, открывая новые широкие возможности новых применений в электронике. Новейшие материалы, описанные как термоформуемая керамика, появились в результате инцидента в лаборатории, но, среди прочего, могут служить более эффективными и долговечными теплоотводами.
В прошлом году авторы исследования проводили опыты с экспериментальными керамическими соединениями на основе бора для потенциального промышленного применения и, по-видимому, довели материал до предела.
«Мы нагревали его паяльной лампой, и пока мы загружали его, он неожиданно деформировался и выпал из фиксирующего приспособления», — Рэндалл Эрб (Randall Erb), профессор машиностроения и промышленной инженерии в Северо-Восточном университете США. «Мы посмотрели на образец на полу, думая, что это провал. Мы осознали, что он был совершенно цел. Просто он был другой формы. Мы попробовали еще несколько раз и поняли, что можем контролировать деформацию. Затем мы начали прессование материала и обнаружили, что это очень быстрый процесс».
Поведение материала противоречило общепринятому мнению о том, как формируется керамика и что она может выдержать. При экстремальных перепадах температуры эти материалы, скорее всего, растрескаются или разобьются, но команда буквально смогла применить паяльную лампу и сохранить их в целости и сохранности.
«Это уникально: термоформуемая керамика, судя по тому, что мы видели и читали, на самом деле не существует», — сказал автор исследования Джейсон Байс (Jason Bice). «Так что это новый рубеж в материалах».
Ученые смогли придать термоформуемой керамике тонкую и сложную форму. Фото: Matthew Modoono/Northeastern University.
Дальнейшее изучение материалов выявило лежащую в их основе микроструктуру, которая позволяет им быстро передавать тепло. Во время формования и термоформования, процесса, который обычно применяется к термопластичным полимерам и листовым металлам, команда обнаружила, что керамике можно придать сложную геометрию, сохраняя при этом хорошую механическую прочность и теплопроводность.
В том, что касается приложений в электронике, в его пользу также работает тот факт, что материал не переносит электроны и не создает помех радиочастотам (РЧ). В смартфонах и других устройствах для отвода тепла используется толстый слой алюминия. Но с набором свойств и способностью иметь толщину менее миллиметра, а также соответствовать различным поверхностям, команда считает, что керамический материал послужит более эффективным теплоотводом.
«Если вы помещаете алюминиевый радиатор в радиочастотный компонент, вы фактически вводите ряд антенн для взаимодействия с радиочастотным сигналом», — говорит Эрб. «Вместо этого мы можем поместить наш материал на основе нитрида бора внутри и вокруг радиочастотного компонента, и он будет практически невидим для радиочастотного сигнала».
Ученые получили грант на продолжение разработки технологии и в настоящее время занимаются коммерциализацией через дочернюю компанию под названием Fourier.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Источник: Northeastern University
