Onderzoekers ontwikkelen zelfhelende circuits

Een groep onderzoekers van een Amerikaanse universiteit heeft een methode ontwikkeld om elektrische verbindingen in een elektronisch circuit automatisch te repareren. Ze maken daarbij gebruik van kleine bolletjes vloeibaar metaal.

Een chip kan lastig, zo niet onmogelijk, gerepareerd worden, omdat hij zo klein is. Bovendien kunnen chips nauwelijks worden opengemaakt, waardoor een enkele onderbreking van een elektrische verbinding een hele chip of heel apparaat waardeloos maakt. Onderzoekers van de universiteit van Illinois hebben echter een methode ontwikkeld om dergelijke breuken automatisch te herstellen. De chips en andere elektronische circuits moeten dan wel zijn uitgerust met nanobolletjes gevuld met vloeibaar metaal.

Het onderzoek borduurt voort op eerdere experimenten met nanobolletjes gevuld met koolstof nanodraden, die de elektrische geleiding moesten herstellen. De nieuwe methode maakt echter gebruik van bolletjes die met galliumindium gevuld zijn, een metaallegering die smelt bij 16 graden. De bolletjes, met een doorsnede van 10 micrometer, werden op gouden elektrodes aangebracht. Wanneer de elektrodes tot brekens toe gebogen werden, raakten de capsules lek en kwam het vloeibare metaal vrij.

Het vloeibare GaIn-metaal vulde vervolgens binnen een fractie van een seconde de breuk en herstelde de geleiding. Het herstel is volledig autonoom en in veel gevallen zou niet eens opgemerkt worden dat een breuk was opgetreden, zo stellen de onderzoekers. De onderzoekers zijn van plan om hun techniek ook op accu's toe te passen, om zo de levensduur en veiligheid ervan te vergroten.

Reacties (26)

[bbob]

Wanneer de elektrodes tot brekens toe gebogen werden, raakten de capsules lek en kwam het vloeibare metaal vrij.

Het lijkt me als je ze moet buigen om ze te activeren het maar voor een beperkt aantal toepassingen gebruikt kan worden. De vraag is of je met buigen niet nog meer schade veroorzaakt.

Het metaal wordt vloeibaar bij 16 graden maar wat gebeurt er als het circuit nog warmer wordt.

[defiler1974]

Het buigen wordt hier juist als beschadiging gezien. Je buigt ze per ongeluk en dan worden de capsules geactiveerd. Je buigt de printplaat niet na een beschadiging, dan zijn ze al geactiveerd.

Iets wat vloeibaar wordt bij 16 graden, kan bij hogere temperaturen verdampen. (als dit metaal de normale faseovergang heeft).geen idee wat de verdampingstemperatuur van GaIn-metaal is, maar deze kan vrij hoog zijn.

Edit, Gallium heeft een kooktemp van 2200 Celsius, dat kan in de buurt liggen van GaIn, maar weet ik niet zeker.

[Reactie gewijzigd door defiler1974 op 24 juli 2024 02:25]

[Verwijderd]

Maar hoe treedt dan zon buiging op in een 'normaal' circuit?
Lijkt me niet dat je zo in je laptop een moederbord buigt, al dan niet per ongeluk.

Het gaat bbob1970 er om of deze capsules ook werken bij normale beschadiging, na bijvoorbeeld lang gebruik. Schade wat niet als gevolg van buiging optreedt. Als de capsules alleen open gaan door een dergelijke buiging, is de bruikbaarheid hiervoor beperkt.

[Aetje]

Expansie door temperatuursverschillen vermoed ik, die uiteindelijk metaalmoeheid en haarscheurtjes veroorzaken. Chips onder zwaar gebruik kunnen makkelijk 80 a 90 graden halen (bij de interne componenten waarschijnlijk nog wel een paar graadjes hoger), en weer terug naar kamertemperatuur vallen wanneer een apparaat uit staat. Als een haarscheurtje een circuit onderbreking veroorzaakt is de chip defect. Deze "bolletjes" scheuren mee en de vloeibare legering zal het contact herstellen.

Het is me alleen niet duidelijk of deze legering een goede electrische geleiding geeft - anders is die voor grotere stromen niet geschikt. Ik denk niet dat de orientatie van een bolletje van belang is - adhesie zal er voor zorgen dat de "vloeistof" niet wegsijpelt. Waar ik me meer zorgen om maak is uitvloeing naar andere geleiders, en daarmee kortsluiting. Je zult bij het gebruik van deze nanobolletjes of de afstand tussen je geleiders moeten vergroten, of de individuele geleiders moeten isoleren (met het risico dat een breuk ook de isolatie scheurt en teniet doet).

[Eagle Creek]

We hebben het over haarscheurtjes. Buigingen op minuscuul klein niveau.

Heb je al eens een beetje CPU koeler proberen te bevestigen met van die freubel-klemmetjes op een moederbord? Dat bord buigt al aardig door. Als zoiets met een chip gebeurt (welke dus heel wat minder meebuigt), heb je dus al een haarscheurtje.

Het is dus niet zo dat je zelf de chips om moet gaan zitten vouwen om dit effect te krijgen.

[wow7]

Hier dan maar een linkje over hoe Gallium werkt , dan word het artikel ook wat duidelijker.

http://en.wikipedia.org/wiki/Gallium

Er zijn verschillende legeringen van Gallium.

Hier een 2de linkje

http://www.indium.com/TIM/solutions/liquidmetal.php

edit: text en link toegevoegd

[Reactie gewijzigd door wow7 op 24 juli 2024 02:25]

[psyBSD]

Ik ben benieuwd of dit dan ook gevolgen heeft voor de manier waarop je het apparaat kunt gebruiken. Het doet me denken aan grote stikkers 'this side up'.

Loopt het materiaal niet uit de breuk als je de accu op zijn kop houdt?

Of werkt het überhaupt wel als de printplaat ondersteboven is gemonteerd?

[Verwijderd]

Bij mijn weten gaat het over haarscheurtjes, en het is vloeibaar, een druppel kan ook aan een object blijven "slingeren"

[BeerenburgCola]

Capillaire werking.
Een druppel kan ook onder een plaat blijven hangen en omhoog 'vloeien' in bijvoorbeeld een haarscheurtje in die plaat.

[Ventieldopje]

Een printplaat is opgebouwd uit lagen he, het kan dus niet zomaar wegspoelen aangezien het geen ruimte daarvoor heeft. Wel vraag ik me af of het gevolgen heeft voor de gelijding, in cpu's zal dit nogal nauw komen.

[BryanD]

De volgende twee vragen knallen dan bij mij het hoofd in:
1: Als dit eenmaal gebroken is en het metaal is uit die bolletjes en de chip breekt op het zelfde punt dan nogmaals: ben je dan fucked?
2: Als dit bij 16 graden vloeibaar wordt, hoe zit het dan met een pc chip die misschien 70 graden word -> breekt en vervolgens vliegt dat metaal er uit, fixt de hele zooi weer: mooi, vervolgens ga je verder gamen en wordt de chip weer > 16 graden: smelt dat metaal dan niet weer?

Kan iemand mij hier meer uitleg over verschaffen? B.v.d,

[Verwijderd]

1&2: Het metaal is inderdaad bij 16 graden vloeibaar. Dat houd in dat als het verder of weer scheurt op hetzelfde punt dat je daar geen last van hebt. Want het spul zit er al en is dan toch al vloeibaar dus scheurt niet meer terwijl het warm is. Het kan wel een probleem zijn dat het weer scheurt terwijl je je pc uit doet en het scheurt bij het afkoelen.
Maar dan zou je er een warmtebron tegen kunne houden en daarna je pc opstarten
Verder het is zo klein, zo weining IN een printplaat of een Chip dat er geen ruimte is om het verder ergens anders heen te laten vloeien. Samen met adhesie zorgen die factoren ervoor dat het allemaal op zijn plek blijft. Klinkt raar, maar het is ook niet met water te vergelijken meer met kwik

[Stamper]

@vorax187

Neem je wel in je beargumentering mee dat een haarscheur meer ruimte in neemt? Ook al is het verschrikkelijk klein, denk je niet dat het spul wegsijpelt met de scheur mee als deze verder scheurt?

Pas trouwens op als je zegt opnieuw scheurt. Als het goed is repareert dit spul niet de draad echt, maar zorgt het er alleen voor dat tussen de breuk een klein laagje van geleidend vloeibaar materiaal komt. Het kan wel verder scheuren, maar niet opnieuw scheuren.
*Ik baseer dit trouwens op wat er in het artikel staat, kan zijn dat ik een speciale eigenschap het materiaal vergeet

[Verwijderd]

Jawel, ik ga ervan uit dat wanneer de scheur verder scheurt er meerdere van die bolletjes ook weer scheuren waardoor er meer spul vrij komt. Maar dan denk ik ook dat daar op den duur grenzen aan zitten. Maar dat is ook weer afhankelijk van de context waarin het gebruikt wordt. Zeker bij een draad is zo een scheur in lengte of breedte steeds moeilijker te vullen. Maar ga je uit van een printplaat of chip ontstaat een scheur op een andere manier. En dan vergelijk ik een draad met een bal voor het gemakt en een printplaat met iets van glas of ijs. Om qua basis daarin het verschil van scheur uit te leggen. Zal als je en bal aan gort snijd de scheur veel groter zijn dan een scheur in (plat) glas bijvoorbeeld.
Denk ook niet dat carglass een bal kan repareren met hun hars. Wat ik een goede vergelijking vindt met dit vloeibare metaal

[RzrBck]

In de praktijk zijn er waarschijnlijk andere voorbeelden te bedenken dan dat het buigt - waarbij een haarscheurtje ontstaat die dan mooi opgevuld kan.
Met de temp. (en dit is puur een aanname) de bolletjes zelf zullen waarschijnlijk beduidend warmer kunnen worden - de inhoud zal bij 16C smelten (just my not-so educated guess )

[Avar]

Ik denk dat de omschrijving een beetje ongelukkig is: Er zitten zoveel bolletjes op de geleider dat wanneer deze breekt (door wat voor oorzaak dan ook) er ook een of meer bolletjes breken, waardoor de inhoud er uit loopt en de breuk herstelt.

[Verwijderd]

Wellicht kunnen ze chips maken die geheel vervaardigd zijn van vloeibare GaIn-metaal.

[Stamper]

Hoe zit het eigenlijk met de hoeveelheid vloeistof? Als een bolletje in zo'n draad verwerkt is en deze draad breekt samen met het bolletje, hoe kan dan de complete scheur gevuld raken? Er kan niet meer vloeistof inzitten dan dat de draad groot is. En als het vloeistof eenmaal weggesijpeld is uit de zijkanten van de draad, dan zal deze waarschijnlijk niet meer even veel contact maken als eerst wat bij hoge voltages nog wel eens voor problemen kan zorgen.

Als het metaal uitzet bij hogere temperaturen(wat het probleem hierboven op zou kunnen lossen), hoe zorgen ze ervoor dat de draad niet breekt door de druk als de draad nog niet gebroken is? Dat lijkt me ook niet helemaal de oplossing.

Het klinkt alsof het aardig af hangt van kans. Hopen dat de draad niet zover scheurt dat het gat groter wordt dan het vloeistof zou kunnen opvullen. En als het afhangt van kans, wat is de 'succesrate' in procenten ongeveer?

[Verwijderd]

Vraag: Wat als ze hebben nagedacht hierover en ze hebben berekend hoeveel er nodig is met nanometer scheur?

[LucidWaker]

Zou je dan ook kunnen overklokken tot je je processor doorbrandt, even wachten, en weer verder gaan?

[Verwijderd]

Nee, als je een vastloper hebt, dan versmelt je je halve processor met elkaar. Dat is niet op deze manier te herstellen

[Ruud v A]

Dit doet me heel erg denken aan de techniek voor zelf-reparerend rubber.