Blyfrie materialer for miljøvennlig elektronikk

        
30
  30. april, 2014
        

Astri_B-Haugen_lab_bilde_foto_privat-wp

 

Til daglig omgir vi oss stort sett alle med elektronisk utstyr som inneholder en rekke helse- og miljøskadelige stoffer. Dette er stoffer som for eksempel blyoksider i piezoelektriske materialer.

Pizoelektriske materialer er en type materialer som brukes i alt fra mobiltelefoner til barneleker. Grunnen er at materialene deformeres når de påføres elektrisk spenning, eller motsatt, genererer elektrisk spenning når de deformeres.

Denne egenskapen gjør at disse materialene anvendes for eksempel til å nøyaktig dosere ut blekk i blekkskrivere eller til å sende og motta ultralydbølger til medisinsk avbildning. Det finnes blyfrie piezoelektriske materialer, men ennå ikke med tilstrekkelig funksjonalitet til å kunne erstatte de dominerende blyholdige.

Orden i kaos
I min doktoravhandling har jeg hatt som mål å bidra til framstillingen av bedre blyfrie pizoelektriske materialer. Jeg har i hovedsak jobbet med orientering av kornene – eller byggesteinene – i (blyfrie keramiske piezoelektriske) materialene. Hvis alle kornene i materialet er orientert i samme retning, kan man påføre elektrisk spenning i den mest optimale retningen og dermed oppnå bedre respons enn når alle kornene er tilfeldig orientert.

Store og små partikler
For å framstille blyfrie piezoelektriske keramiske materialer med en spesiell kornorientering brukte jeg store, plate- eller nåleformede partikler blandet med små partikler uten noen spesiell form. Ved å dra en slags «kam» gjennom blandingen rettet jeg alle de store partiklene i samme retning, og ved påfølgende varmebehandling grodde de små partiklene i samme retning som de store. Materialet fikk dermed en ordnet struktur.

To typer materialer
To ulike typer keramiske materialer ble undersøkt, ett bestående av grunnstoffene kalium, natrium, niob og oksygen, det andre av barium, titan, kalsium og oksygen. I begge systemene førte den spesielle orienteringen til høyere piezoelektrisk respons (mer deformering ved påført elektrisk spenning) i noen retninger sammenlignet med materialer med en tilfeldig kornorientering.

Ett skritt nærmere mer miljøvennlig elektronikk
I tillegg til arbeidet med å lage en spesiell kornorientering, ble strukturen på atomnivå studert ved bruk av røntgenstråler med høy energi, og forbedrede fremstillingsmetoder for tette, blyfrie piezoelektriske keramer ble utviklet. Alt i alt bidrar denne doktoravhandlingen til å øke forståelsen av blyfrie piezoelektriske materialer og med det bidra til utviklingen av mer miljøvennlig elektronikk.

Inorganic Materials and Ceramics Research Group ved NTNU

 

Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on LinkedInEmail this to someone