Grafenförbättrade släta keramiska beläggningar för högpresterande elektronik

Syfte och mål

I detta projekt kommer vi att utveckla en skalbar och kostnadseffektiv process för grafenförbättrad, ultramjuk och sprickfri keramisk beläggning för komplexa 3D-keramiska komponenter till elektroniska radiofrekvens enheter, för att öka jämnheten i gränssnittet mellan keram-metall samt förbättra enhetens prestanda. På grund av materialets sprödhet är ytsprickor vanligt förekommande hos keramer, vilket kan försämra enhetens prestanda och förkorta livslängden. På grund av grafenflagornas stora storlek, det extremt tunna skiktet och den höga mekaniska hållfastheten kan grafen effektivt förhindra sprickbildning i den keramiska beläggningen genom att böja av sprickspetsen och förhindra att sprickan vidgas utan att kompromissa med ytans jämnhet. 

Detta projekt är sannolikt det första som tillverkar ultramjuka och sprickfria keramiska beläggningar på komplexa 3D-keramiska underlag. Det har stor potential att uppnå banbrytande prestanda för 3D-keramiska elektroniska enheter på ett billigt och skalbart sätt. Det erbjuder också goda möjligheter att skapa en ny värdekedja för att utvidga marknaden för den nuvarande keramiska beläggningsindustrin från korrosionsskydd till elektronik. 

Projektet genomföras i ett samarbete mellan KTH och Huawei Technologies Sweden AB. Gruppen för tryckt elektronik på KTH kommer att formulera grafen-keramiska kompositbläck och utveckla beläggningsprocessen för komplexa 3D-keramiska substrat för att jämna ut ytan. Huawei kommer att tillverka elektroniska enheter baserade på de mjuka 3D-keramiska substraten och testa deras radiofrekvensprestanda. 

Abstract in English

Graphene-Enhanced Smooth Ceramic Coatings for High-Performance Electronics

In this project, we will develop a scalable and cost-efficient process for graphene-enhanced ultra-smooth and crack-free ceramic coatings on the complex 3D ceramic component of radio-frequency electronic devices, in order to increase the smoothness at the ceramic-metal interface and improve the device performance. Due to the intrinsic brittleness, a ceramic usually suffers from surface cracks, which may severely degrade the device performance and shorten the service lifetime. Due to the large flake size, extremely thin flake layer, and high mechanical strength, graphene can effectively prevent the formation of cracks in the ceramic coating through deflecting the crack tip and inhibiting the crack opening, without sacrificing the surface smoothness.

This project is likely the first to fabricate ultra-smooth and crack-free coatings on complex 3D ceramic substrates. It has great potential to attain groundbreaking performance for the 3D ceramic-based electronic devices in a low-cost and scalable manner. It also offers good opportunities to create new value chain to extend the market of the present ceramic coating industry from corrosion protection to electronics.

This project is to be conducted based on the collaboration between KTH and Huawei Technologies Sweden AB. The printed electronics group at KTH will formulate the graphene-ceramic composite inks and develop coating process for complex 3D ceramic substrates to smoothen their surface. Huawei will fabricate electronic devices based on the smoothened 3D ceramic substrates and test their radio-frequency performance.

Utlysning:
Samverkan kring kommersiella grafentillämpningar, hösten 2020

Projektpartners: KTH, Huawei Technologies Sweden

Projektledare: Jiantong Li, KTH

Projektform: Genomförbarhetsstudie

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: 1 mars 2021 – 31 augusti 2021

Relaterade styrkeområden: