Grafenförbättrade släta keramiska beläggningar för högpresterande elektronik
Resultat
I detta projekt har vi formulerat grafen/keramiska nanokompositbläck baserat på elektrokemiskt exfolierad grafen i laboratorieskala och kommersiella titandioxidnanopartiklar, och utvecklat en spinnbeläggningsprocess för att tillverka grafen/keramiska beläggningar på alla ytor av kubiska keramiska enheter (resonatorer). Svepelektronmikroskopin och atomkraftsmikroskopin indikerar att grafen/keramiska beläggningarna är fria från stora sprickor och minskar ytjämnheten hos de 3D-keramiska resonatorerna med mer än två gånger. De elektriska testresultaten indikerar att med grafen/keramiska beläggningar har nyckelprestanda (kvalitetsfaktor) för resonatorerna ökat från 1533 till 1710, d.v.s. med 11,5 %, medan den relativa provvariansen bara är 1,7 %. Däremot har enheterna med rena keramiska beläggningar (utan grafen) liknande ytjämnhet men innehåller många stora sprickor. Deras kvalitetsfaktor sträcker sig från 1463 till 1672, med en stor relativ varians på 9,4 %. Därför har detta projekt validerat möjligheten att använda sprickfria grafen/keramiska nanokompositbeläggningar för att jämna ut kommersiella 3D-keramiska substrat och tillverka elektroniska enheter med högre prestanda och tillförlitlighet. Alla projektmål har uppfyllts.
I synnerhet bekräftar vårt fynd att grafen i de keramiska beläggningarna effektivt förhindrar bildandet av stora sprickor i de keramiska beläggningarna och uppenbarligen förbättrar prestandan och tillförlitligheten hos motsvarande elektroniska enheter. Vi tror att 3D grafen/keramiska beläggningar har stor potential att bidra till marknaden för avancerad keramikbaserad elektronik och skapa en ny värdekedja för att utöka den nuvarande marknaden för keramisk beläggning från ytskydd till elektronik. Vi samarbetar nu med en svensk grafenleverantör för att utveckla en mer skalbar, tids- och kostnadseffektiv process för 3D grafen/keramiska beläggningarna. Om vi lyckas kommer vi att ytterligare samarbeta med svensk keramisk beläggningsindustri för att skala upp processen för tillverkning. Vi förväntar oss att få den första produkten av 3D-grafen/keramisk beläggning-förbättrade avancerade radiofrekvensenheter inom 6-8 år.
