Sposób wytwarzania porowatych powłok z miedzi oraz z jej tlenków
ZESPÓŁ AUTORSKI
Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki
- Michał Borysiewicz - kierownik
- Jakub Zawadzki
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Miedź jest materiałem bardzo dobrze przewodzącym i oddającym ciepło, stąd wykorzystywana jest często w chłodnicach. Powłoka z miedzi porowatej jest dużo lepszym radiatorem niż gładka powłoka z miedzi, dlatego też może służyć do bardziej efektywnego oddawania ciepła - może zatem być zastosowana w różnego rodzaju elementach chłodzących w elektronice, także w skali mikroskopowej - bezpośrednio na elemencie mikroelektronicznym. Z drugiej strony, dzięki zastosowaniu techniki rozpylania katodowego, wykorzystywanej do wielkoskalowych pokryć np. szkła architektonicznego, można zastosować tego typu powłoki w wielkoskalowych instalacjach do oddawania ciepła. Dobre przewodnictwo elektryczne miedzi i porowata struktura powoduje również, że porowate powłoki miedzi mogą być stosowane jako rozgałęzione kolektory prądowe dla elektrod baterii i superkondensatorów. W odróżnieniu od stosowanych dotychczas płaskich kolektorów prądowych z miedzi, charakteryzują się one bardziej rozwiniętą powierzchnią i lepszym odprowadzaniem ładunku z masy materiału aktywnego w elektrodzie.
ISTOTA WYNALAZKU
Wynalazek polega na opracowaniu unikalnych parametrów procesu magnetronowego rozpylania katodowego (PVD) miedzi skutkujących otrzymaniem porowatych w nanoskali warstw/powłok miedzi z zastosowaniem przemysłowej techniki umożliwiającej pokrycie dużych powierzchni materiału. Dotychczas porowate metale były wytwarzane w makroskali w formie pian, gdzie pod ciśnieniem wtłaczany jest gaz do roztopionego metalu w celu utworzenia bąbli i zastygnięcia w formę piany. Struktura taka jest jednak niemożliwa do wytworzenia w formie powłok ściśle związanych z podłożem, co uniemożliwia ich stosowanie na elementy i detale o innych funkcjach. Dzięki naszemu rozwiązaniu jest to możliwe, co pozwala na rozwinięcie funkcjonalności elementów w ten sposób pokrytych dla bardziej wydajnego oddawania ciepła, czy też rozprowadzania ładunku elektrycznego.
Techniki PVD znane są z tego, że powłoki wytwarzane z ich zastosowaniem są twarde i zwarte, np. powłoki twarde na ostrza narzędzi tnących czy powłoki przeciwodbiciowe na szkło architektoniczne. Nasza grupa odkryła i rozwija od lat technologię osadzania powłok z czarnego porowatego cynku, w ostatnich latach dostosowując ją również do wytwarzania innych porowatych metali, w szczególności miedzi. Jesteśmy jedynym zespołem w kontrolowany sposób wykorzystującym technikę PVD do wytwarzania warstw porowatych. Nasze prace umożliwiają nie tylko nowe funkcjonalności, ale również poszerzają granice zrozumienia procesów magnetronowego rozpylania katodowego.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Wynalazek może być wdrożony np. w generatorach termoelektrycznych, w powłokach elementów, które powinny efektywnie oddawać ciepło do otoczenia, w tym w konstrukcjach kosmicznych, w magazynach energii jako kolektor prądowy, w układach katalizy jako przewodzący i porowaty szkielet dla katalizatora.