Інженери з Північно-Східного університету в Бостоні, штат Массачусетс, внаслідок нещасного випадку розробили новий тип кераміки (термоформованої кераміки), яку можна пресувати у складні деталі. Це прорив у галузі — він може змінити дизайн та конструкцію тепловипромінювальної електроніки, включаючи мобільні телефони та інші радіокомпоненти.
Минулого року автори дослідження тестували експериментальну керамічну суміш на основі нітриду бору для промислового партнера, коли щось пішло не так.
“Ми підпалили суміш паяльною лампою, і поки ми завантажували її, вона несподівано деформувався і випала із пристрою. Дивлячись на зразок на підлозі, ми думали, що це провал. Однак він був цілим – просто змінив форму”, – розповідає Рендалл Ерб, професор машинобудування та промислової інженерії у Північно-Східному університеті.
Процес дослідники повторили ще кілька разів та дійшли висновку, що можуть контролювати деформацію.
“Потім ми почали пресування матеріалу та виявили, що це дуже швидкий процес”, – додає Ерб.
Поведінка кераміки суперечила загальноприйнятим уявленням про те, як вона формується і що може витримати. При екстремальних перепадах температури цей матеріал зазвичай тріскається або розбивається, проте команда буквально змогла його підпалити і зберегти в цілості і безпеці.
“Це унікально. Термоформованої кераміки, судячи з того, що ми бачили і читали, насправді не існує”, – каже автор дослідження Джейсон Байс.
Подальше вивчення матеріалів виявило мікроструктуру, що лежить в їх основі, яка дозволяє їм швидко передавати тепло. Під час термоформування (процесу, який зазвичай застосовується до термопластичних полімерів та листових металів), команда виявила, що кераміці можна надати складну геометрію, зберігаючи при цьому хорошу механічну міцність та теплопровідність.
Як правило, мобільні телефони та інша електроніка мають об’ємний шар алюмінію, який необхідний для відведення тепла від пристрою. Цей же матеріал можна формувати відповідно до поверхні, яку потрібно охолодити – доводячи до товщини менше 1 мм.
Також на користь матеріалу працює той факт, що він не переносить електрони та не створює перешкод радіочастотам.
“Якщо ви помістите алюмінієвий радіатор у радіочастотний компонент, ви фактично введете ряд антен для взаємодії з радіочастотним сигналом. Натомість ми можемо помістити наш матеріал на основі нітриду бору всередині та навколо радіочастотного компонента, і він буде практично невидимий для радіочастотного сигналу”, – пояснює Ерб.
Вчені отримали грант у розмірі 50 000 доларів на продовження розробки технології і зараз займаються комерціалізацією через свій стартап Fourier (названий на честь французького математика Жозефа Фур’є, який вивчав теплові потоки в кераміці два століття тому).
Джерело: New Atlas