Новые наноматериалы для печатных плат могут быть устойчивы к высотному излучению

Новые наноматериалы для печатных плат могут быть устойчивы к высотному излучению

По мере роста спроса на более эффективную и компактную электронику растет спрос на материалы нового поколения, которые можно печатать с еще меньшими размерами. Такие материалы имеют решающее значение для приложений национальной безопасности и освоения космоса. Но материалы, которые хорошо работают на Земле, не всегда хорошо держатся на больших высотах и ​​в космосе. В настоящее время ученые создают новые наноматериалы на основе металлов для печатных плат, которые могут быть устойчивы к высотному излучению, встречающемуся с электроникой в ​​аэрокосмическом оборудовании, истребителях и системах оружия.

Исследователи представляют свои результаты через онлайн-платформу SciMeetings Американского химического общества (ACS).

Это исследование возникло из-за огромной потребности в национальных лабораториях США в электронных материалах, устойчивых при воздействии ионизирующего излучения. Мы начали изучать нанометаллические материалы, потому что они могут быть напечатаны с требуемым меньшим размером, но нам пришлось преодолеть их тенденцию к повреждению ионизирующим излучением ».

Тимоти Дж. Бойл, доктор философии, главный исследователь проекта

Ионизирующее излучение исходит от множества природных и техногенных источников, и оно может изменять структуру молекул. На Земле большая часть этого излучения естественным образом поступает из окружающей среды, или даже от солнца или вне солнечной системы, и обычно не является вредной. Но на очень больших высотах – таких как те, которые испытывают самолеты или космические корабли – уровни радиации намного выше и могут воздействовать на людей, а также на материалы, которые подвергаются его воздействию в течение длительных периодов.

Бойл говорит, что медь была очевидным выбором для миниатюризации электроники для высотных применений, потому что она уже использовалась в нано-чернилах в цепях, и это более дешевая альтернатива более дорогим материалам, таким как серебро и золото. Но, как и большинство металлов, медь подвержена повреждениям от повышенного уровня радиации. Чтобы создать новые нано-чернила, которые хорошо держатся на больших высотах, Бойл, Фернандо Герреро и другие добавили или легировали более 10 различных металлов в меди, чтобы увидеть, какой из них будет работать лучше всего. Они поместили металлы в гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру меди – куб с атомом меди в каждом углу и пустым пространством в центре.

Группе, расположенной в Национальных лабораториях Сандии, пришлось преодолевать многочисленные препятствия в синтезе, характеристике, разработке и тестировании нано-чернил. «Мы должны были найти систему, которая работала бы для каждого потенциального металла», – говорит Герреро. «Также было непросто вставить металл в медную ГЦК и синтезировать легированный металлический сплав в количестве, достаточном для того, чтобы было достаточно чернил для печати». Когда Герреро использовал платину в качестве легирующей добавки, он, наконец, получил достаточно нано-чернил для работы.

Чтобы проверить медно-платиновые нано-чернила, Герреро напечатал и спек его в печи при температуре около 700 ° F в течение часа. Спекание уплотняет частицы и создает твердую массу материала под действием тепла (как в этом случае) или давления. Затем он подверг этот материал воздействию высокоэнергетического излучения в уникальном приборе, разработанном в Сандиа доктором философии Халидом М. Хаттаром, который называется просвечивающим электронным микроскопом на месте (I3TEM). Этот прибор бомбардирует образец ионизирующим излучением – аналогично типу, с которым сталкивается электроника, работающая в космосе или на больших высотах – при отображении его под микроскопом.

«Предварительные результаты многообещающие», – говорит Герреро. «Образец после воздействия I3TEM все еще проводил электричество, предполагая, что он был устойчив к радиации».

Следующим этапом является проверка материалов для подтверждения результатов с использованием установки гамма-облучения (GIF) Sandia, которая обеспечивает высокоточное моделирование условий ядерного излучения для материалов и испытаний компонентов. GIF может создавать широкий спектр гамма-излучения и облучать объекты размером с электронные компоненты и размером с резервуар M1 Abrams.

«Нашей конечной целью является разработка улучшенных радиационно-устойчивых электронных наноматериалов на основе меди для удовлетворения потребностей в боеприпасах, аэрокосмическом и ядерном мониторинге», – говорит Бойл. «Наше будущее исследование будет сосредоточено на освоении и изготовлении более мелких и эффективных наночастиц и чернил и тестировании печатных схем с помощью GIF».

Источник: https://www.acs.org/

Source link