Термоформуемая керамика — новая граница в области материалов
Инженеры из Northeastern University разработали новый тип керамики, которую они называют «новой границей в области материалов», из которой можно делать тонкие и сложные формы, открывая новые обширные области применения в электронике. Новые материалы, описанные как термоформуемая керамика, появились в результате несчастного случая в лаборатории, и, среди прочего, могут служить более эффективными и долговечными теплоотводами.
В прошлом году авторы исследования экспериментировали с керамическими соединениями на основе бора для потенциального промышленного применения и, по-видимому, довели материал до предела.
«Мы взорвали его паяльной лампой, и пока мы загружали его, он неожиданно деформировался и выпал из приспособления», — говорит Рэндалл Эрб, профессор машиностроения и промышленной инженерии в Северо-Восточном университете.
«Мы посмотрели на образец на полу, думая, что это провал. Мы поняли, 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 общепринятым представлениям о том, как формируется керамика и что она может выдержать.
При экстремальных перепадах температуры эти материалы, скорее всего, растрескаются или разобьются, но ученые буквально смогли применить паяльную лампу и сохранить их в целости и сохранности.
«Это уникально: термоформуемая керамика, судя по тому, что мы видели и читали, не должна существовать», — сказал соавтор исследования Джейсон Байс. «Так что это новый рубеж в материалах».
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, ученые обнаружили, 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.
В смартфонах и других устройствах для отвода тепла используется толстый слой алюминия. Но с его набором свойств и способностью иметь толщину менее миллиметра и соответствовать различным поверхностям, керамический материал послужит более эффективным теплоотводом.
«Если вы поместите алюминиевый радиатор в радиочастотный компонент, вы фактически введете ряд антенн для взаимодействия с радиочастотным сигналом», — говорят ученые. «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.
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.