Strømlining af tyndfilmsbehandling sparer tid, energi

Energilagringsenheder og computerskærme kan virke verden adskilt, men det er de ikke.

Da lektor Qi Hua Fan fra afdelingen for elektroteknik og datalogi satte sig for at lave en billigere superkondensator til lagring af vedvarende energi, han udviklede en ny plasmateknologi, der skal strømline produktionen af ​​displayskærme.

For sit arbejde med tyndfilm og plasmateknologier, Fan blev kåret som årets forsker for Jerome J. Lohr College of Engineering. Hans forskning fokuserer på nanostrukturerede materialer, der bruges til fotovoltaik, energilagring og displays.

Fremstilling af elektroder til superkondensatorer

Sidste forår modtog Fan en proof-of-concept-bevilling fra Department of Energy gennem North Central Regional Sun Grant Center for at afgøre, om biokul, et biprodukt af en proces, der omdanner plantematerialer til biobrændstof, kunne bruges i stedet for dyrt aktivt kul til at lave elektroder til superkondensatorer.

Sun Grant fremmer samarbejde mellem forskere fra jordtilskudsinstitutioner, offentlige myndigheder og den private sektor for at udvikle og kommercialisere vedvarende energi, biobaserede energiteknologier. Bevis-of-concept-bevillingerne giver forskere mulighed for at fremme lovende forskning til det næste niveau i retning af produktudvikling og kommercialisering.

"Mængden af ​​ladning lagret i en kondensator afhænger af overfladearealet, "Fan forklarede, "og biokul-nanopartiklerne kan skabe et ekstremt stort overfladeareal, som så kan holde mere ladning."

Han deponerer biokullet på et substrat ved hjælp af en patentanmeldt elektrokemisk proces, han udviklede og licenserede til Applied Nanofilms LLC, i Brookings. Anvendte nanofilm og Wintek, en virksomhed, der laver fladskærme til notebooks og berøringsskærme i Ann Arbor, Michigan, forudsat matchende midler.

Gennem dette projekt, Fan udviklede en hurtigere måde at behandle biokulpartiklerne på ved hjælp af en ny teknologi kaldet plasmaaktivering. "Behandling betyder, at du bruger plasma til at ændre materialets overflade, såsom at skabe porer, " sagde Fan.

Plasmabehandlingen aktiverer biokullet på fem minutter og ved stuetemperatur, Fan forklarede. Konventionel kemisk aktivering tager flere timer at fuldføre og skal udføres ved høje temperaturer - ca. 760 grader Fahrenheit.

"Dette sparer energi og er meget mere effektivt, " sagde Fan. I dette projekt, han har samarbejdet med adjunkt Zhengrong Gu i afdelingen for landbrugs- og biosystemteknik, hvis forskning fokuserer på energilagringsmaterialer og enheder. De planlægger at bruge disse lovende resultater til at ansøge om føderal finansiering.

Anvendelse af plasmaproces på skærme

Teknikken, der behandler biochar-elektroder til superkondensatorer, kan også bruges til fremstilling af displays, forklarede Fan, som var forsker ved Wintek for mere end 10 år siden. Siden sidste efterår, Fan har samarbejdet med Wintek om måder at producere mere effektivt, bedre ydende materialer, såsom silicium og kulstof tynde film, til virksomhedens udstillinger.

"Plasmabehandling er en meget kritisk teknologi i moderne optoelektroniske materialer og enheder, " Fan forklarede. Højenergiplasmaet kan afsætte meget gennemsigtige og ledende tynde film, skabe højkvalitets halvledere, og mønstermikro- eller nanoskalaenheder, hvilket gør displaybillederne lysere og klarere.

Fan vil arbejde sammen med Wintek om at udvikle et prototype plasmasystem. Aktiveringsmetoden har potentiale til at forbedre produktionseffektiviteten, sparer tid og energi, bemærkede han.