助力火星制氧设备！研究开发出更耐热的银电路

随着气候变暖，地球的极端天气也变得更加频繁，给不少电子设备带来了相当大的挑战。iPhone到了东北零下二三十度的天气马上就不行了，不少iPhone使用者都不敢去东北旅游。因此未来的技术发展需要能够承受极端条件的电子设备。

日前，由密歇根州立大学的工程学院副教授杰森·尼古拉斯（Jason Nicholas）领导的一组研究人员他的团队在镍的辅助下开发出了更具耐热性的银电路。这项研究于4月15日在发表Scripta Materialia期刊上。

这项技术有望在下一代燃料电池、高温半导体和固体氧化物电解电池身上得到应用，这将会对汽车、能源和航空航天行业带来革命性的进展。

美国宇航局已经开发了一种固体氧化物电解槽，使毅力号能够从火星大气中制造氧气。他们希望这一原型能够有一天生产出能够使宇航员在火星环境下也能呼吸空气的设备。但这需要设备能够长时间在高温下保持性能。

固体氧化物燃料电池的工作方式与固体氧化物电解电池相反。它们不是利用能量来产生气体或燃料，而是从那些化学物质中产生能量。

尼古拉斯表示：“固体氧化物燃料电池可在高温下与气体一起工作。我们能够使这些气体发生电化学反应，以将电力释放出去，而且这种过程比像内燃机那样爆炸燃料要有效得多。”

但高温的工作环境是一个巨大的挑战。这些设备通常在700到800摄氏度左右运行，并且必须长时间工作，这很有可能导致电路引线弹出。因此，如何让通常由银制成的导电电路更好地粘附在下面的陶瓷组件上是一个亟待解决的问题。

研究人员发现，提高附着力的秘诀是在银和陶瓷之间添加一个多孔镍的中间层。通过对材料相互作用的实验和计算机模拟，该团队优化了镍在陶瓷上的沉积方式。

一旦镍就位，研究小组就将其与在约1000摄氏度的温度下熔化的银接触。镍不仅可以承受热量（熔点为1455摄氏度），而且还可以通过所谓的毛细管作用将液化银均匀地分布在其细微特征上。

尼古拉斯说：“这几乎像一棵树。” “一棵树通过毛细作用使水上升到其树枝。镍通过相同的机制将熔融的银芯吸走。”

一旦银冷却并凝固，镍便将其锁定在陶瓷上，即使在固体氧化物燃料电池或固体氧化物电解电池内面临700至800摄氏度的高温，也不会发生位移。

密歇根州州立大学技术转让和商业化办公室MSU Technologies的技术经理Jon Debling说：“各种各样的电子应用都要求电路板能够承受高温或大功率。” 这些包括汽车，航空，工业和军事市场的现有应用，还包括太阳能电池和固体氧化物燃料电池等较新的应用。”

与现有的浆料和气相沉积技术相比，这项技术在成本和温度稳定性方面有了重大改进。研究人员正在努力提高该技术在火星和地球上的可靠性，以期能尽早应用在固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解电池上。

参考资料：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/msu-asl042921.php

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