Polska ceramika to nie tylko Bolesławiec. Nad Wisłą prowadzi się także badania nad wykorzystaniem tego typu materiałów w nowoczesnej elektronice.

Słowo „ceramika” kojarzy się bardziej z wyrobami dawnej Cepelii, ewentualnie zastawą stołową, niż rozwiązaniami z zakresu wysokich technologii. A szkoda, bo materiały ceramiczne mają często fantastyczne właściwości - np. szybkie odprowadzanie przez nie ciepła stało za decyzją, aby wykonać z nich spód kosmicznych wahadłowców.
Ceramika znajduje zastosowanie także w elektronice. Przykładem chociażby wynalazek naukowców z krakowskiego oddziału Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki. Opracowali oni folię ceramiczną, która może służyć jako podłoże do układów elektronicznych pracujących w bardzo wysokich częstotliwościach. A więc takich, które znajdą m.in. zastosowanie w sieciach komórkowych najnowszej i kolejnych generacji. - Dostępność komercyjnych folii dedykowanych do podobnych zastosowań jest bardzo ograniczona, co stwarza zapotrzebowanie na tego typu materiały - tłumaczy dr Beata Synkiewicz-Musialska z IMiF.
Wbrew intuicji nazwa „folia ceramiczna” to nie oksymoron. Zachowuje się ona jak każda inna: można zwinąć ją w rulon, a kupuje się ją na metry bieżące. W przypadku tej opracowanej przez naukowców Łukasiewicza - ma lekko mleczny kolor. Jej ceramiczny aspekt daje o sobie znać po procesie spiekania, czyli w kontakcie z wysoką temperaturą. Jak wysoką - to zależy od typu folii, ale tej omawianej wystarczy 850 stopni Celsjusza (co paradoksalnie czyni ją folią spiekaną w niskiej temperaturze). W piecu z materiału ulatniają się związki chemiczne, które nadają jej elastyczność, po czym zamienia się w docelowy materiał - twarde podłoże dla komponentów elektronicznych.
Co więcej - jest to już podłoże po obróbce, przygotowane do kolejnych etapów produkcji danego układu. Tutaj tkwi tajemnica powodzenia technologii: łatwo się z nim pracuje. - Przed spiekaniem folię można obrabiać laserowo, drążyć w niej otwory czy nanosić ścieżki za pomocą sitodruku. Folie weszły do użytku na przełomie lat 80. i 90. To technologia niedroga oraz niezawodna - mówi dr Synkiewicz-Musialska. Znajdziemy je w ofercie największych firm chemicznych na świecie, m.in. DuPont.
Dlaczego więc potrzebujemy nowych folii? Przede wszystkim ze względu na zastosowania. Układy pracujące w wysokich częstotliwościach będą miały inne wymagania co do podłoża niż te pracujące w niskich. To oznacza, że naukowcy muszą lekko zmienić właściwości fizyczne folii. W tym wypadku na celownik wzięli parametr, który nazywa się stała dielektryczna. Bez zagłębiania się w szczegóły chodzi o to, że im jest ona niższa (przyjmuje wartości w zakresie od 1 do tysięcy), tym mniejsze straty w sygnale powoduje; sam układ też mniej się nagrzewa, bo, jak być może pamiętamy z lekcji fizyki, ciepło to często nic innego, jak niepożądany efekt uboczny.
Jak zmienia się właściwości fizyczne? Kontrolując skład. Naukowcy przystępujący do takiego projektu są więc nieco jak doskonali kucharze, którzy dokładnie wiedzą, czego oczekują od dania i co do niego dodać, żeby miało taki smak, jakiego oczekiwaliby od nich klienci. W tym wypadku badacze zdecydowali się na dodanie dwóch minerałów - kordierytu (glinokrzemianu magnezu) i mulitu (glinokrzemianu glinu). Te materiały pozwoliły obniżyć stałą dielektryczną folii. Teraz trzeba było jeszcze obniżyć temperaturę spiekania, aby folię można było zakwalifikować jako spiekaną w niskiej temperaturze. Ten efekt udało się osiągnąć, dodając niskotopliwe szkło, w tym wypadku borokrzemowe.
Po opracowaniu formuły folię należy jeszcze wyprodukować i przetestować w laboratorium. Po zmieszaniu wszystkich składników wylewa się ją i czeka, aż zgęstnieje w procesie zwanym tape castingiem (odlewaniem taśmy). - Jesteśmy wiodącym ośrodkiem w Polsce, który zajmuje się ceramiką spiekaną w niskich temperaturach; inne jednostki stosują przede wszystkim folie dostępne komercyjnie. U nas pracuje kompletna linia technologiczna, która pozwala na tworzenie autorskich kompozycji, z projektowaniem składu materiałowego włącznie. To oznacza, że jesteśmy w stanie kontrolować cały cykl, a więc wytworzyć pożądany materiał od zera - mówi dr Synkiewicz-Musialska.
Na razie dziedzina elektroniki, dla której przeznaczone byłyby folie - układy pracujące z częstotliwością liczoną w terahercach (w przypadku fal radiowych ten parametr podaje się w gigahercach, czyli trzy rzędy wielkości mniej), to jeszcze pieśń przyszłości. To jednak nic nie szkodzi, bo kiedy firma Corning wynalazła szkło znane dzisiaj przez użytkowników telefonów komórkowych jako Gorilla Glass, początkowo też trudno było jej znaleźć dla niego zastosowanie. Przepis na wynalazek trafił do szuflady, z której wyjął go niespodziewanie niejaki Steve Jobs. Folie z Sieci Badawczej Łukasiewicza może czekać równie świetlana przyszłość.
Eureka! DGP
DGP
Trwa dziewiąta edycja konkursu „Eureka! DGP - odkrywamy polskie wynalazki”. Do udziału zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Od dziś do czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali pod koniec czerwca, zaś podsumowanie cyklu ukaże się w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki - firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR PL SA (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora. Strona internetowa konkursu: eureka.dziennik.pl