2D-elektriskt ledande lim för flexibel elektronik och termoelektronik till låg kostnad
Syfte och mål
Termoelektriska moduler (TEM) är halvledarelektroniska enheter som producerar kylning/uppvärmning genom att applicera en elektrisk ström. TEM består av många hundra halvledarpellets baserade på Bi2Te3-legeringar kopplade elektriskt i serie och termiskt parallellt med metallförbindelser. Den typiska bindnings-/monteringstekniken för halvledarpellets på metallanslutningen är lödning. De höga kostnaderna för TEM är det första stora hindret för en vidare användning i fler applikationer. 50% av den totala kostnaden för TEM härrör från tillverkning, vilket fortfarande görs genom manuell lödning i tillväxtländer. Det andra stora hindret är att kommersiella TEM ofta är små och styva, vilket begränsar deras tillämpning till att kyla platta och styva ytor snarare än att kyla flexibla ytor på föremål som ändrar form. Den mekaniska styvheten hos TEM kommer från enhetens design som vanligtvis använder styv keramik som värmeöverföringsskikt, men också från lödfogarna som inte tål upprepad böjspänning och uppvisar utmattning och sprickor.
Huvudsyftet med detta projekt är att utveckla ett nytt mjukt elektriskt ledande lim baserat på 2D-material och organiska ledande polymerkompositer för att möjliggöra en ny tillverkningsprocess, med limdispenser och ”pick-and-place”-robotar, för att tillverka billiga, stora och flexibla TEM. Även om det finns kommersiellt elektriskt ledande lim idag, har de inte tillräckligt hög värmeledningsförmåga och är inte tillräckligt mjuka och elastiska.
Nyligen har Linköpings Universitet (LiU) visat ett nytt koncept för att ta fram mjuka, vidhäftande och elastiska kompositer gjorda av ledande polymer och polymerlim. Emellertid har denna typ av mjukt, elektriskt ledande lim inte tillräckligt hög elektrisk och termiska ledningsförmåga. Projektet syftar till att ta fram nya 2D-elektriskt ledande lim (2D-ECA) med en unik kombination av egenskaper – hög elektrisk ledningsförmåga, hög värmeledningsförmåga, mjukhet och god vidhäftning – genom att implementera exfolierade 2D-material (metallsulfider och Mxenes) från IMRA i den mjuka, ledande limmatrisen. Efter syntesen och karakteriseringen av dessa 2D-ECA kommer RISE tillsammans med ParsNord att använda den tekniken i RISE pilotlinje för tryckt elektronik för att tillverka flexibla TEM. Med dessa avancerade tillverkningsmetoder och 2D-ECA hoppas ParsNord att öka produktionshastigheten för TEM och minska den totala kostnaden för systemet upp till 50%, vilket möjliggör introduktion av TEM på större marknader för kylning.