研究人员开发可热成型陶瓷材料的新前沿

这是科学中那些令人愉快的意外之一。东北大学教授RandallErb和博士学生JasonBice正在为大学客户开发一种产品，并最终获得了一种全新的材料。

他们发现了一种可以压缩成型为复杂部件的全陶瓷——这是一项行业突破——可以改变发热电子产品的设计和构造，包括手机和其他无线电组件。

“我们研究小组的生活非常处于技术的最前沿，”东北大学DAPS实验室负责人、机械和工业工程副教授Erb说。“事情经常发生，每隔一段时间，其中一个就会被证明是好运。”

去年7月，Erb与Bice在他的东北实验室工作，Bice此后获得了机械工程博士学位。当出现问题时，他们正在测试一种实验性陶瓷化合物，作为工业合作伙伴高超音速项目的一部分。

“我们用喷灯把它炸开，当我们装载它时，它出乎意料地变形并从固定装置上掉了下来，”Erb说。“我们看着地板上的样品，认为它是失败的。”

更仔细的检查让位于一个启示。

“我们意识到它完好无损，”Erb说。“它只是形状不同。”

当承受极端的热变化和机械负载时，陶瓷往往会因热冲击而破裂(甚至爆炸)。但是他们的样本已经优雅地变形了。

“我们又试了几次，意识到我们可以控制变形，”Erb说。“然后我们开始对材料进行压缩成型，发现这是一个非常快的过程。”

其底层微观结构独特地允许全陶瓷在成型过程中快速传递热量和有效流动。Erb说，这种陶瓷可以形成精美的几何形状，并在室温下表现出令人印象深刻的机械强度和导热性，他的研究结果最近发表在AdvancedMaterials上。

Erb和Bice正在通过他们的初创公司FourierLLC开发该产品，该公司以两个世纪前研究陶瓷热流的法国数学家JosephFourier的名字命名。Fourier获得了东北大学研究创新中心颁发的50,000美元的Spark基金奖。

“这是独一无二的：热成型陶瓷，从我们所见所闻，实际上并不存在，”Bice说。“所以这是材料的新前沿。”

新产品有可能带来两项行业改进，首先是它作为可以冷却高密度电子产品的导热体的效率。

一般来说，手机和其他电子产品都装有一层厚厚的铝，这是将热量从设备中带走所必需的。

学分：东北大学

“我们的材料厚度可以不到一毫米，这是一种低调的解决方案，”Bice说。“它可以被塑造成符合你想要冷却的表面。”

Erb说，基于声子晶体的陶瓷允许热量在没有电子传输的情况下流动。它不会干扰手机和其他系统的射频(RF)。

“如果你将铝制散热器放入射频组件中，你基本上已经引入了一系列天线来与射频信号交互，”Erb说。“相反，我们可以将我们的氮化硼材料放入射频元件内部和周围，它对射频信号基本上是不可见的。”

Erb说，另一项改进是它可以直接与电子元件贴合。EchoSt.Germain是东北大学机械工程专业的五年级学生，在Fourier担任陶瓷研究员和研发工程师，他通过将块状的浆料置于制造过程中正常的振动来展示陶瓷的非牛顿行为;它立即液化并组织了材料的结构。这种浆液用于生产可模制陶瓷。

Erb和Bice相信他们将能够将全陶瓷材料与各种电子元件进行形状配合。陶瓷将比目前使用的金属更薄、更轻、更高效。

Bice帮助在慕尼黑创办了这家初创公司，他的妻子在那里开始了一份新工作。

“当我在德国时，创办一家总部位于波士顿的公司给事情增加了一些有趣的复杂性，但也带来了机会，”Bice说，他与Erb一起在欧洲和美国从事客户发现

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