Электроника при экстремальных температурах

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