p A tecnologia de ponta de amanhã precisará de eletrônicos que possam tolerar condições extremas. É por isso que um grupo de pesquisadores liderado por Jason Nicholas, da Michigan State University, está construindo circuitos mais fortes hoje. p Nicholas e sua equipe desenvolveram circuitos de prata mais resistentes ao calor com a ajuda do níquel. A equipe descreveu o trabalho no dia 15 de abril na revista Scripta Materialia .

p Os tipos de dispositivos que a equipe MSU está trabalhando para beneficiar - células de combustível de última geração, semicondutores de alta temperatura e células de eletrólise de óxido sólido - poderiam ter aplicações no setor automotivo, energia e indústrias aeroespaciais.

p Embora você não possa comprar esses dispositivos da prateleira agora, pesquisadores estão atualmente construindo-os em laboratórios para testá-los no mundo real, e até mesmo em outros planetas.

p Por exemplo, A NASA desenvolveu uma célula de eletrólise de óxido sólido que permitiu ao Perseverance Rover Mars 2020 produzir oxigênio a partir do gás na atmosfera marciana em 22 de abril. .

p Para ajudar esses protótipos a se tornarem produtos comerciais, no entanto, eles precisarão manter seu desempenho em altas temperaturas por longos períodos de tempo, disse Nicholas, professor associado da Faculdade de Engenharia.

p Ele foi atraído para este campo depois de anos usando células de combustível de óxido sólido, que funcionam como células de eletrólise de óxido sólido ao contrário. Em vez de usar energia para criar gases ou combustível, eles criam energia a partir desses produtos químicos.

p "As células de combustível de óxido sólido funcionam com gases em alta temperatura. Somos capazes de reagir eletroquimicamente esses gases para obter eletricidade e esse processo é muito mais eficiente do que a explosão de combustível como um motor de combustão interna. "disse Nicholas, que lidera um laboratório no Departamento de Engenharia Química e Ciência de Materiais.

p Mas mesmo sem explosões, a célula de combustível precisa resistir a condições de trabalho intensas.

p "Esses dispositivos geralmente operam em torno de 700 a 800 graus Celsius, e eles têm que fazer isso por muito tempo - 40, 000 horas ao longo de sua vida, "Nicholas disse. Para comparação, isso é aproximadamente 1, 300 para 1, 400 graus Fahrenheit, ou cerca do dobro da temperatura de um forno de pizza comercial.

p "E ao longo dessa vida, você está ciclando termicamente, - disse Nicholas. - Você está esfriando e aquecendo de novo. É um ambiente muito extremo. Você pode fazer com que os condutores do circuito se soltem. "

p Assim, um dos obstáculos enfrentados por esta tecnologia avançada é bastante rudimentar:o circuito condutor, frequentemente feito de prata, precisa aderir melhor aos componentes cerâmicos subjacentes.

p O segredo para melhorar a adesão, os pesquisadores descobriram, era adicionar uma camada intermediária de níquel poroso entre a prata e a cerâmica.

p Ao realizar experimentos e simulações de computador de como os materiais interagem, a equipe otimizou a forma como o níquel é depositado na cerâmica. E para criar o fino, camadas porosas de níquel na cerâmica em um padrão ou desenho de sua escolha, os pesquisadores se voltaram para a impressão da tela.

p "É a mesma serigrafia usada para fazer camisetas, - disse Nicholas. - Somos apenas eletrônicos de serigrafia em vez de camisas. É uma técnica muito amigável de fabricação. "

p Assim que o níquel estiver no lugar, a equipe o coloca em contato com prata que derreteu a uma temperatura de cerca de 1, 000 graus Celsius. O níquel não apenas resiste a esse calor - seu ponto de fusão é 1, 455 graus Celsius - mas também distribui a prata liquefeita uniformemente sobre suas características finas, usando o que é chamado de ação capilar.

p "É quase como uma árvore, - disse Nicholas. - Uma árvore leva água até seus galhos por meio de uma ação capilar. O níquel está absorvendo a prata derretida pelo mesmo mecanismo. "

p Uma vez que a prata esfria e se solidifica, o níquel o mantém preso à cerâmica, mesmo no calor de 700 a 800 graus Celsius, ele enfrentaria dentro de uma célula de combustível de óxido sólido ou uma célula de eletrólise de óxido sólido. E essa abordagem também tem o potencial de ajudar outras tecnologias, onde a eletrônica pode esquentar.

p "Há uma grande variedade de aplicações eletrônicas que requerem placas de circuito que podem suportar altas temperaturas ou alta potência, "disse Jon Debling, um gerente de tecnologia da MSU Technologies, Escritório de transferência e comercialização de tecnologia do estado de Michigan. "Isso inclui aplicações existentes no setor automotivo, aeroespacial, mercados industriais e militares, mas também as mais novas, como células solares e células de combustível de óxido sólido. "

p Como gerente de tecnologia, Debling trabalha para comercializar inovações da Spartan e está trabalhando para ajudar a patentear esse processo de criação de eletrônicos mais resistentes.

p "Esta tecnologia é uma melhoria significativa - em custo e estabilidade de temperatura - em relação às tecnologias de deposição de pasta e vapor existentes, " ele disse.

p Para a parte dele, Nicholas continua mais interessado nas aplicações de ponta no horizonte, coisas como células de combustível de óxido sólido e células de eletrólise de óxido sólido.

p "Estamos trabalhando para melhorar sua confiabilidade aqui na Terra - e em Marte, "Disse Nicholas.