約翰•霍普金斯大學(John Hopkins University)開發出一種鎳合金,具有高導電性和高溫耐受性,或將成為矽材料傳感器的替代材料。

工業物聯網將科技推向了前所未有的新高度,不過,目前的微型傳感器技術還有一些局限性。隨著越來越多的器件實現互聯,研究人員開始尋求新的選擇。
約翰·霍普金斯大學開發出或能替代矽的超強合金材料
絕大部分傳感器,都是由矽材料製造的。約翰•霍普金斯大學材料科學家兼機械工程師Kevin Hemker正在領導一支研究團隊,開發一種新的傳感器材料。

研究團隊希望新的傳感器材料能夠幫助確保MEMS器件兼容最新的技術要求。
Hemker是約翰•霍普金斯大學懷廷工程學院(Whiting School of Engineering)機械工程系負責人,他解釋稱其研究團隊正在嘗試利用複雜材料來製造MEMS器件,使傳感器能夠抗破壞,具備更好的導熱和導電性能。

MEMS器件趨向具有極小的幾何尺寸,通常由矽材料製作成型。然而,矽材料易碎,且不利於溫度變化,即使是最小的溫差也會使其失去強度。隨著MEMS器件變得越來越複雜,應用越來越多樣化,該研究團隊希望能夠為MEMS器件開發出新的材料。

“這些應用需要開發具有更高強度、密度、電導和熱導性能的先進材料以保持它們的形狀,並在微觀尺度上進行加工和成型,”研究人員在論文中稱,“具備所有這些性質的MEMS材料目前還無法得到。”

研究人員經過研究採用了包含鎳的金屬組合物,鎳金屬常用於先進的結構材料中。考慮到尺寸穩定性要求,研究人員通過實驗在其中添加了鉬和鎢來控制純鎳受熱擴展的程度。

該團隊在約翰•霍普金斯大學的實驗室中開發了這款新材料,通過離子轟擊靶材料使合金形成原子,再將其沉積在一表面或襯底上,制得一層可以剝離的平均厚度為29um的獨立薄膜。

當進行拉伸實驗時,這層獨立合金薄膜展現出三倍於高強鋼的抗張強度。雖然有幾款材料也具有相似的強度,但是它們要么無法耐受高溫,要么不能方便地加工成型MEMS元件。

“我們想著合金或許能幫助獲得所需要的強度以及熱穩定性,”Hemker說,“但是我們沒有料到,這款新材料這麼棒。”

他解釋,這款材料卓越的強度主要源於其合金原子級排列的內部晶體結構。
Hemker稱其結構使薄膜材料獲得了各項性能指標的完美結合和平衡。
該薄膜能夠耐受高溫,並且同時具備溫度和機械穩定性,使其理想的適用於工業物聯網傳感器應用。

該團隊的下一步目標是研究如何加工這款薄膜材料獲得MEMS元件,目前他們已經投入下一步開發中,研究這款薄膜的加工成型工藝。
該研究成果刊登於近期發表的《Science Advances》期刊。

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