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約翰·霍普金斯大學開發出或能替代矽的超強合金材料

據麥姆斯諮詢報導, 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, 或將成為矽材料感測器的替代材料。

工業物聯網將科技推向了前所未有的新高度, 不過, 目前的微型感測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。

絕大部分感測器, 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, 開發一種新的感測器材料。

研究團隊希望新的感測器材料能夠幫助確保MEMS器件相容最新的技術要求。

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, 使感測器能夠抗破壞, 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, 鎳金屬常用于先進的結構材料中。 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于高強鋼的抗張強度。 雖然有幾款材料也具有相似的強度, 但是它們要麼無法耐受高溫, 要麼不能方便地加工成型MEMS元件。

“我們想著合金或許能説明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感測器應用。

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。

延伸閱讀:

《工程材料系統公司為MEMS和晶圓級封裝推出新型幹膜負性光刻膠》

《PiBond公司發佈應用於MEMS和3D IC的新材料》

《陶氏化學推出先進新型材料豐富感測器方案》

《3D矽通孔應用的設備和材料市場-2017版》

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