Nova vrsta keramike se može oblikovati poput lima

Profesor Randall Erb i student Jason Bice sa Sveučilišta Northeastern radili su na proizvodu za sveučilišnog klijenta i slučajno došli do potpuno nove klase materijala.

Njihovo otkriće dolazi u obliku keramike koja se može termalnom kompresijom oblikovati (termoformirati) u tanke i kompleksne oblike, što bi moglo transformirati dizajn i konstrukciju elektronike koja emitira toplinu, uključujući mobilne telefone i razne radio komponente.

Erb je u svom laboratoriju s Biceom testirao eksperimentalnu keramičku smjesu u sklopu hipersoničnog projekta za industrijskog partnera kada se činilo da nešto nije u redu.

"Palili smo ga let-lampom, kada se neočekivano deformirao i ispao iz armature", kaže Erb. "Pogledali smo uzorak na podu misleći da je neuspjeh, no pomnije ispitivanje ustupilo je mjesto otkriću. Shvatili smo da je savršeno netaknut, samo je drugačije oblikovan."

Keramika je sklona pucanju (ili čak eksplodiranju) od toplinskog udara kada je izložena ekstremnim promjenama topline i mehaničkim opterećenjima, ali njihov se uzorak graciozno deformirao.

"Pokušali smo još nekoliko puta i shvatili da možemo kontrolirati deformaciju", kaže Erb. "A onda smo počeli kompresijski ukalupljivati materijal i otkrili da je to vrlo brz proces."

Njegova temeljna mikrostruktura jedinstveno omogućuje keramici brz prijenos topline tijekom procesa oblikovanja. "Keramika se može oblikovati u raznovrsne geometrije i pokazuje impresivnu mehaničku čvrstoću i toplinsku vodljivost na sobnoj temperaturi", kaže Erb.

Erb i Bice razvijaju proizvod putem svojeg startupa, Fourier LLC, nazvanog po francuskom matematičaru Josephu Fourieru, koji je proučavao protok topline u keramici prije dva stoljeća.

"Ovo je jedinstveno jer termoformabilna keramika, prema onome što smo vidjeli i čitali, zapravo ne postoji", kaže Bice. "Dakle, to je novi iskorak u materijalima."

Novi proizvod ima potencijal uvesti dva industrijska poboljšanja, počevši od njegove učinkovitosti kao vodiča topline koji može hladiti elektroniku visoke gustoće. Općenito, mobiteli i druga elektronika opremljeni su glomaznim slojem aluminija, koji je neophodan za odvođenje topline s jedinice.

"Keramika na bazi fononskih kristala omogućuje protok topline bez prijenosa elektrona", kaže Erb. "Ne ometa radiofrekvencije (RF) mobilnih telefona i drugih sustava. Ako stavite aluminijski hladnjak u RF komponentu, u osnovi ste uveli niz antena za interakciju s RF signalom. Umjesto toga, možemo staviti naš materijal na bazi borovog nitrida u i oko RF komponente i on je u biti nevidljiv za RF signal."

Drugo poboljšanje, kaže Erb, jest da se može oblikovati izravno na električnu komponentu.

Erb i Bice vjeruju da će moći oblikovati potpuno keramičke materijale na sve vrste električnih komponenti. Keramika će biti tanja, lakša i učinkovitija od metala koji se trenutno koriste.

Znanstvenici su dobili potporu za nastavak razvoja tehnologije i sada provode komercijalizaciju kroz svoju spin-off tvrtku.

Istraživanje objavljeno u časopisu Advanced Materials možete pronaći na ovoj poveznici.