工程师打印电路以抵御极端条件

研究人员正在努力使下一代燃料电池、高温半导体和固体氧化物电解电池等设备成为可能，这些设备在汽车、能源和航空航天行业都有潜在的应用。

虽然这些类型的设备还没有商用，但它们正在开发中，研究人员正在一系列不同的环境中测试它们。例如，Nasa开发了一种固体氧化物电解电池毅力号探测车4月22日，从火星大气中的气体中产生氧气。美国国家航空航天局希望这个原型最终能在火星上制造出支持人类生活和制造火箭燃料的设备。

为了使这些实验设备成为商业产品，它们需要能够在极端温度下在有用的时间内保持其性能。密歇根州立大学工程学院的杰森·尼古拉斯教授在使用固体氧化物燃料电池多年后被这一领域所吸引。固体氧化物燃料电池通过使用固体氧化物电解质氧化燃料来发电。

“固体氧化物燃料电池在高温下与气体一起工作，”尼古拉斯说。“我们能够通过电化学反应将这些气体释放出来，这个过程比内燃机那样的燃料爆炸要有效得多。”

尼古拉斯解释说，即使没有燃烧，燃料电池也需要在紧张的条件下继续工作。

“这些设备通常在700至800°C左右工作，并且必须长时间工作:寿命为40000小时。相比之下，这大约是商用披萨烤箱温度的两倍。在生命周期中，你在进行热循环;你在冷却它，然后再加热它。这是一个非常极端的环境。你可能会有电路引线脱落。”

这项技术商业化道路上的主要障碍之一是令人惊讶的初级:将通常由银制成的电路粘在底层的陶瓷元件上。

尼古拉斯和他的同事们发现，他们可以通过在银和陶瓷之间插入一层多孔镍的中间层来提高附着力。他们用丝网印刷在陶瓷上沉积了薄而多孔的镍层，以他们选择的设计，与装饰t恤的简单技术相同。

一旦镍就位，他们将其与1000°C的熔融银接触。镍的熔点更高，通过毛细管作用(大致类似于植物如何将水输送到叶子和树枝)，将液态银均匀地分布在其特征上。

一旦银冷却成固体，镍就会将其“锁定”在陶瓷上，即使在固体氧化物燃料电池或电解电池内的极端温度下也是如此。中描述了该技术一个Scripta Materialia纸．

这项技术有可能帮助其他电子产品在其他技术组中抵御极端温度。

在该大学技术转移办公室工作的乔恩·德布林(Jon Debling)说:“有各种各样的电子应用需要能够承受高温或高功率的电路板。”“这些应用包括现有的汽车、航空航天、工业和军事市场，但也有较新的应用，如太阳能电池和太阳能氧化物燃料电池。”

“与现有的膏体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。”

尼古拉斯补充说，他对即将出现的前沿应用很感兴趣，并确保它们能够经受住未来的应用:“我们正在努力提高它们在地球和火星上的可靠性。”