Sähkökeraamisten komponenttien valmistus on ottanut askelen eteenpäin. Oulun yliopiston tutkija Maria Väätäjä kehitti väitöstyössään huoneenlämpötilan valmistusmenetelmää yhdistämällä siihen tulostus- ja painotekniikat.
Sähkökeraamikomponenttien perinteinen valmistustapa on sintraus, joka vaatii yli tuhannen celsiusasteen kuumuutta.
Huoneenlämpömenetelmässä vastaava tiivistyminen saadaan aikaan hyödyntämällä tiettyjen keraamien vesiliukoisuutta ja puristuspainetta.
Väätäjä kehitti etenkin keraamitahnoja, joiden koostumuksen hän sääti sopivaksi vesimäärää muuttamalla.
Sen jälkeen hän pursotti tahnoja hyödyntämällä sekä perinteistä stensiilipainatusta että 3d-tulostusta. Näytteillä oli pienempi suhteellinen tiheys ja siten matalammat sähköisten ominaisuuksien arvot kuin perinteisillä puristamalla valmistetuilla näytteillä.
”Ne olivat silti käyttökelpoisia mikroaaltoalueen sovelluksissa”, Väätäjä kertoo keskeisestä tuloksestaan.
Suoraviivaista ja kustannustehokasta
Nykyisten tulostus- ja painotekniikoiden avulla voidaan valmistaa sähköisiä laitteita nopeasti ja kustannustehokkaasti erityisesti muoveista.
Maria Väätäjän väitöstutkimus osoitti, että vastaavia menetelmiä voidaan käyttää myös sähkökeraamisten komponenttien valmistuksessa.
Näytteenvalmistuksesta tuli suoraviivaista, sillä tahnat eivät tarvinneet orgaanisia liuottimia, eikä näin tarvittu myöskään erillistä kuumennusvaihetta niiden poistamiseksi.
”Pystyin osoittamaan, että huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän avulla sähkökeraamien samanaikainen prosessointi ja niiden suora yhdistäminen lämpöherkkien materiaalien kanssa on mahdollista”, Väätäjä sanoo.
Perinteisessä sähkökeraamien valmistusmenetelmässä käytettävät korkean lämpötilan käsittelyt muuttavat lämpöherkkiä koostumuksia, eikä keraameja siten voi integroida suoraan esimerkiksi muovialustoille.
Maria Väätäjän väitöskirja Prospects of the room temperature fabrication method for electroceramics. Feasibility for printing techniques and integration with temperature-sensitive materials tarkastetaan Oulun yliopistossa 13.5.2022.
(Kuva Oulun yliopisto) Maria Väätäjän tutkimustulosten ansiosta sähkökeraamien valmistuksen energiankulutus voidaan pudottaa aiemmasta kymmeneen prosenttiin.
Tilaa Kemia-lehti loppuvuodeksi 2022 ja auta Ukrainaa!
Lahjoitamme puolet tilausmaksusta ukrainalaisten auttamiseen Pelastakaa Lapset ry:n kautta.
