Инженеры из Северо-Восточного университета в Бостоне, штат Массачусетс, в результате несчастного случая разработали новый тип керамики (термоформируемой керамики), которую можно прессовать в сложные детали. Это прорыв в отрасли — он может изменить дизайн и конструкцию теплоизлучающей электроники, включая мобильные телефоны и другие радиокомпоненты.
В прошлом году авторы исследования тестировали экспериментальный керамический состав на основе нитрида бора для промышленного партнера, когда что-то пошло не так.
«Мы подожгли состав паяльной лампой, и пока мы загружали его, он неожиданно деформировался и выпал из приспособления. Глядя на образец на полу, мы думали, что это провал. Однако он был совершенно целым — просто изменил форму», — рассказывает Рэндалл Эрб, профессор машиностроения и промышленной инженерии в Северо-Восточном университете.
Процесс исследователи повторили еще несколько раз и пришли к выводу, что могут контролировать деформацию.
«Затем мы начали прессование материала и обнаружили, что это очень быстрый процесс», — добавляет Эрб.
Поведение керамики противоречило общепринятым представлениям о том, как она формируется и что может выдержать. При экстремальных перепадах температуры этот материал, обычно, трескается или разбивается, однако команда буквально смогла его поджечь и сохранить в целости и сохранности.
«Это уникально. Термоформуемой керамики, судя по тому, что мы видели и читали, на самом деле не существует», — говорит автор исследования Джейсон Байс.
Дальнейшее изучение материалов выявило лежащую в их основе микроструктуру, которая позволяет им быстро передавать тепло. Во время 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.
Как правило, мобильные телефоны и другая электроника снабжены объемным слоем алюминия, который необходим для отвода тепла от устройства. Этот же материал можно формовать в соответствии с поверхностью, которую нужно охладить — доводя до толщины менее 1 мм.
Также в пользу материала работает тот факт, что он не переносит электроны и не создает помех радиочастотам.
«Если вы поместите алюминиевый радиатор в радиочастотный компонент, вы фактически введете ряд антенн для взаимодействия с радиочастотным сигналом. Вместо этого мы можем поместить наш материал на основе нитрида бора внутри и вокруг радиочастотного компонента, и он будет практически невидим для радиочастотного сигнала», — поясняет Эрб.
Ученые получили грант в размере 50 000 долларов на продолжение разработки технологии и в настоящее время занимаются коммерциализацией через свой стартап Fourier (названный в честь французского математика Жозефа Фурье, изучавшего тепловые потоки в керамике два века назад).
Источник: New Atlas