Kompozyty Cu-Mo do zastosowań w elektronice
Producenci urządzeń elektronicznych dążą do tego, aby ich produkty miały coraz to większą moc, więc dokładają do nich kolejne elementy jednocześnie nie zmieniając wielkości produktu. Prowadzi to do tego, że ciepło, które generuje urządzenie jest wolniej odprowadzane, a to może zaburzać jego funkcjonowanie.
Dane statystyczne mówią, że ponad połowa uszkodzeń elementów elektronicznych jest spowodowana przegrzaniem. Tak zwane zarządzanie ciepłem stało się krytyczną kwestią z powodu braku materiałów, które mogłyby odprowadzać ciepło w sposób wystarczająco efektywny.
Zespół pod kierownictwem prof. Małgorzaty Lewandowskiej realizuje projekt Kompozyty Cu-Mo o strukturze submikronowej i nanometrycznej oraz projektowanych właściwościach cieplnych, który ma na celu opracowanie zasad projektowania kompozytów Cu-Mo o pożądanych właściwościach, tj. odpowiedniej kombinacji przewodności cieplnej i elektrycznej, rozszerzalności cieplnej oraz odpowiednich właściwościach mechanicznych (wytrzymałości i ciągliwości) i odporności korozyjnej. Zasady te zostaną zweryfikowane eksperymentalnie poprzez wytworzenie szerokiej gamy kompozytów o kontrolowanej architekturze, mikrostrukturze, teksturze i właściwościach granic międzyfazowych charakteryzujących się pożądanymi właściwościami.
Do badań wybraliśmy kompozyty Cu-Mo, ponieważ charakteryzują się unikalną kombinacją właściwości, tj. wysoką przewodnością cieplną i elektryczną oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności cielnej, co czyni je bardzo obiecującymi materiałami odprowadzającymi i rozpraszającymi ciepło w takich zastosowaniach jak samochody elektryczne, komórkowe stacje bazowe, a także zastosowania w przestrzeni kosmicznej. – mówi prof. Lewandowska.
Przewodność i rozszerzalność cieplna kompozytów Cu-Mo mogą być dopasowywane do wymagań (możliwość wytwarzania „materiału na zamówienie”) poprzez kontrolowanie udziału objętościowego składników oraz tworzenie kompozytów o określonej strukturze.
W projekcie zbadane zostanie zachowanie kompozytów Cu-Mo o projektowanej zróżnicowanej mikrostrukturze i architekturze. Kompozyty w postaci układu nanowarstw o grubości 3-10 nm zostaną wytworzone metodą rozpylania magnetronowego. Kompozyty w postaci laminatów o grubości warstw rzędu mikrometrów oraz drobnoziarniste kompozyty o jednorodnej równoosiowej budowie zostaną wytworzone metodami dużego odkształcenia plastycznego. Następnie członkowie zespołu określą ich właściwości:
- funkcjonalne (przewodność cieplna i elektryczna, współczynnik rozszerzalności cieplnej),
- mechaniczne (twardość, wytrzymałość, ciągliwość)
- oraz podatność do spajania (lutowania).
Uzyskane dane zostaną porównane do komercyjnie dostępnych makro-kompozytów Cu-Mo. Szczególna uwaga zostanie zwrócona na uwarunkowania mikrostrukturalne właściwości, w tym wpływ rozmiaru warstw czy ziaren (czy są one w skali nano-, submikro- czy mikrometrycznej) oraz rolę powierzchni granicznych (granic ziaren, granic międzyfazowych) i ich charakterystycznych cech w zależności od metody wytwarzania.
Projekt Kompozyty Cu-Mo o strukturze submikronowej i nanometrycznej oraz projektowanych właściwościach cieplnych otrzymał dofinansowanie Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS LAP 21. W projekcie przewidziane są stypendia dla studentów i doktorantów. Zainteresowane osoby zapraszamy do kontaktu z profesor Małgorzatą Lewandowską (malgorzata.lewandowska@pw.edu.pl).