Электроника при экстремальных температурах
Новый органический пластиковый материал позволяет электронике функционировать при экстремальных температурах без ущерба для производительности
Абсолютно везде, от обычных мобильных телефонов на Земле до роверов на Марсе вся электроника работает только в определенном температурном диапазоне. Смешивая два органических материала вместе, исследователи из Университета Пердью могут создавать электронику, которая выдерживает экстремальную жару.
Согласно новому документу, опубликованному в четверг в научном журнале Science, этот новый пластиковый материал мог бы надежно проводить электричество при температуре до 220 градусов по Цельсию.
«Коммерческая электроника работает в диапазоне температур от минус 40 до 85 градусов Цельсия. Если выйти из этого диапазона, электроника будет работать неправильно», — сказал Цзяньго Мэй (Jianguo Mei), профессор органической химии в Университете Пердью. «Мы создали материал, который может работать при высоких температурах, смешивая два полимера вместе».
Один из них — полупроводник, который может проводить электричество, а другой — обычный изоляционный полимер, который вы можете представить, когда думаете о простом пластике. Чтобы такая технология работала для электроники, исследователи не могли просто объединить их вместе — им приходилось работать над соотношением.
«Один из компонентов транспортирует заряд, а другой может выдерживать высокие температуры», — сказал Аристид Гумюсенге, ведущий автор статьи и аспирант университете Пердью. «Когда вы соединяете их вместе, вы должны найти правильное соотношение, чтобы они работали эффективно, и один не доминировал над другим.»
Исследователи обнаружили несколько свойств, которые необходимы для такой работы. Два материала должны быть совместимы для смешивания и должны присутствовать примерно в одном соотношении. Это приводит к созданию организованной взаимопроникающей сети, которая позволяет равномерно распределять электрический заряд, сохраняя при этом свой профиль при экстремальных температурах.
Самое впечатляющее в этом новом материале — это даже не его способность проводить электричество при экстремальных температурах, а его производительность. Как правило, производительность электроники напрямую зависит от температуры, а производительность этих новых полимерных смесей остается стабильной в широком температурном диапазоне.
Электроника экстремальных температур может быть полезна ученым в Антарктике или вулканологам, но она также имеет решающее значение для функционирования автомобилей и самолетов во всем мире. В движущемся транспортном средстве выхлоп настолько горячий, что датчики не могут быть расположены слишком близко, и расход топлива должен контролироваться дистанционно. Если бы датчики могли быть непосредственно прикреплены к выхлопу, они получили бы более точные показания. Это особенно важно для самолетов, которые имеют сотни тысяч датчиков.
«Солнечные элементы, транзисторы и датчики должны выдерживать большие изменения температуры во многих приложениях, поэтому решение проблем стабильности при высоких температурах действительно важно для электроники на основе полимеров.» — говорят исследователи.
Они проведут дальнейшие эксперименты, чтобы выяснить, каковы истинные пределы температур (высокие и низкие) для их нового материала. Цзяньго Мэй говорит, что заставить органическую электронику работать на морозе еще сложнее, чем в экстремальной жаре.
«Semiconducting polymer blends that exhibit stable charge transport at high temperatures» Science (2018). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aau0759