新しいクラスのセラミックは板金のような形状に熱成形可能

「材料の新たなフロンティア」と称賛されるこの分野で、ノースイースタン大学の技術者たちは、薄く複雑な形状に成形できる新しいタイプのセラミックを開発し、エレクトロニクス分野での新たな応用の可能性を広げました。 熱成形可能なセラミックと呼ばれるこの新しい材料は、実験室での事故から生まれましたが、他の可能性の中でも特に、より効率的で耐久性のあるヒートシンクとして機能する可能性があります。

この研究の著者らは昨年、産業用途の可能性を目指して実験用のホウ素ベースのセラミック化合物を試しており、その材料を限界点にまで押し上げたように見えた。

ノースイースタン大学の機械工学および産業工学の教授であるランドール・アーブ氏は、「トーチで爆破したところ、積み込み中に予期せず変形して固定具から落ちてしまった。」と述べた。 「私たちは床にあるサンプルを見て、これは失敗だったと思いました。 完全に無傷であることがわかりました。 ただ形が違っただけです。 さらに何度か試してみたところ、変形を制御できることがわかりました。 そして、材料の圧縮成形を開始したところ、それが非常に速いプロセスであることがわかりました。」

この材料の挙動は、セラミックがどのように形成され、どのような耐久性があるのか​​に関する従来の通念に反していました。 極端な温度変化にさらされると、これらの材料はひび割れたり粉々になったりする可能性がありますが、チームは文字通りブロートーチを適用して材料を一体に保つことができました。

「これはユニークです。私たちが見たり読んだりした限りでは、熱成形可能なセラミックスは実際には存在しません」と研究著者のジェイソン・バイス氏は言う。 「つまり、これは材料の新境地なのです。」

材料をさらに調査したところ、熱を迅速に伝達することを可能にする基礎的な微細構造が明らかになりました。 熱可塑性ポリマーや板金に通常適用されるプロセスである成形および熱成形中に、研究チームは、良好な機械的強度と熱伝導性を維持しながら、セラミックを複雑な形状に成形できることを発見しました。

また、エレクトロニクス用途に関する限り、この材料が電子を輸送したり、無線周波数 (RF) に干渉したりしないという事実も有利に作用します。 スマートフォンやその他のデバイスでは、熱を逃がすために厚いアルミニウムの層が使用されています。 しかし、その一連の特性と、厚さが 1 ミリメートル未満でさまざまな表面に適合する能力により、研究チームはセラミック材料がより効果的なヒートシンクとして機能すると考えています。

「アルミニウムのヒートシンクを RF コンポーネントに組み込むと、基本的には RF 信号と相互作用する一連のアンテナが導入されたことになります」と Erb 氏は言います。 「その代わりに、当社の窒化ホウ素ベースの材料を RF コンポーネントの中や周囲に配置することができ、これは基本的に RF 信号には見えなくなります。」

研究者らは技術開発を継続するための助成金を受け取り、現在はフーリエと呼ばれるスピンオフ会社を通じて商業化を進めている。

この研究は、Advanced Materials 誌に掲載されました。

出典: ノースイースタン大学