Procesory pod napięciem

By | 31/01/2012

Smartfony, tablety, notebooki — wiele osób nie potrafi już sobie wyobrazić życia bez tych urządzeń o niemal nieograniczonych możliwościach. Aby było możliwe produkowanie tak złożonych urządzeń elektronicznych w poręcznych rozmiarach, poszczególne ich elementy muszą być bardzo wydajne. Niektóre części takie jak procesor czy płyta główna potrzebują przy tym prądu o innym napięciu niż to, jakie dostarcza akumulator. Jeżeli napięcie odbiegnie od wymaganej wartości, elementy te mogą ulec uszkodzeniu. Ultraczysty proszek żelaza karbonylkowego (CIP) firmy BASF wnosi decydujący wkład w rozwiązanie tego problemu: znajduje się on w rdzeniach cewek wysokiego napięcia i dba o to, aby prąd płynący do wrażliwych elementów elektronicznych zawsze miał odpowiednie napięcie.

„Dzięki naszemu wieloletniemu doświadczeniu w syntezowaniu CIP jesteśmy w stanie dokładnie sterować strukturą cząstek żelaza, a przez to ich właściwościami elektromagnetycznymi, aby stworzyć w ten sposób optymalny materiał, dzięki któremu nawet bardzo małe cewki elektromagnetyczne staną się maksymalnie wydajne” — podkreśla dr Frank Prechtl, Business Manager w BASF. „W każdym tablecie znajdują się trzy do czterech takich cewek wysokiego napięcia z rdzeniem z CIP, a w notebooku — nawet do dziesięciu”.

CIP wytwarza się ze zwykłego złomu żelaznego. Miele się go drobno i poddaje działaniu wysokiej temperatury, ciśnienia i tlenku węgla. W ten sposób powstaje pentakarbonylek żelaza — oleista, żółta ciecz. Na tym etapie można bez trudu usunąć zanieczyszczenia obecne w złomie żelaznym — ponieważ pentakarbonylek żelaza jest cieczą, można go przedestylować, dzięki czemu osiąga on bardzo wysoki stopień czystości. Następnie związek jest podgrzewany, aż znów rozpada się na swoje substraty. Uwalniający się przy tym tlenek węgla można ponownie wykorzystać do syntezy pentakarbonylku żelaza. Żelazo natomiast odkłada się w formie wysoce czystych, mikroskopijnych kulek o dokładnie określonej strukturze i wielkości — proszku żelaza karbonylkowego. Pod tym względem CIP odróżnia się wyraźnie od proszku żelaznego pozyskiwanego innymi metodami takimi jak procesy elektrolityczne lub metoda rozpylania. Dla wielu zastosowań ma to decydujące znaczenie — na przykład idealny kulisty kształt cząstek CIP znajdujących się w rdzeniach cewek sprawia, że można je umieścić bardzo blisko siebie, a druty cewki nie rysują się o szorstką powierzchnię.

Cewka to elektryczny element konstrukcyjny, składający się z wielokrotnie zawiniętego miedzianego drutu. Prąd płynący przez drut wytwarza pole magnetyczne w cewce i wokół niej. Jeżeli napięcie prądu się zmieni, pole magnetyczne będzie przeciwdziałało tej zmianie — tak zwana indukcja dba o to, aby prąd opuszczający cewkę utrzymał stałe napięcie. Ten efekt znajduje zastosowanie na przykład wtedy, gdy cewka jest umieszczona za przetwornicą napięcia stałego, która zmienia napięcie prądu stałego. W tym celu przekształca ona prąd stały w prąd przemienny, a następnie znów w prąd stały. Cewka wysokiego napięcia wyłapuje potem pozostałości prądu przemiennego i „wygładza” prąd stały, dzięki czemu napięcie przestaje ulegać wahaniom.

Im mocniejsze jest pole magnetyczne cewki, tym lepiej działa indukcja. Z tego powodu cewki wysokiego napięcia w smartfonach i podobnych urządzeniach mają rdzeń z materiału magnetycznego takiego jak żelazo, które szczególnie wyraźnie wzmacnia pole magnetyczne cewki. Aby uniknąć strat energii, występujących na przykład w przypadku zastosowania przewodzącego prąd rdzenia żelaznego, w rdzeniach z CIP każda, nawet najmniejsza cząstka jest otoczona warstwą izolacyjną. To pozwala uniknąć dodatkowych przepływów prądu, które indukcja w innym przypadku wywołałaby w rdzeniu.

„Kształt cząstek CIP w znacznym stopniu przyczynia się do zredukowania strat energetycznych w rdzeniach cewek — im bardziej kulista jest dana cząstka, tym łatwiej jest ją pokryć warstwą izolacyjną i tym lepiej warstwa ta chroni przed przepływem prądu elektrycznego” — wyjaśnia dr Oliver Koch, Product Manager w BASF. „W cewkach wysokiego napięcia najczęściej stosujemy w tym celu fosforan żelaza, chociaż materiał pokrywający możemy w każdym przypadku dostosować do indywidualnych wymagań innowacyjnych technologii. Dzięki temu możemy poszukiwać nowych obszarów zastosowań nawet dla tak znanej substancji jak CIP i tworzyć produkty najwyższej jakości specjalnie dla danego zastosowania”.

Innym przykładem innowacyjnego zastosowania CIP są ciecze magnetoreologiczne (MRF), czyli zawiesiny CIP w oleju. Po umieszczeniu w polu magnetycznym w ułamku sekundy zmieniają swoje właściwości i stają się ciągliwe, a czasami nawet stałe. Efekt ten wynika z tego, że cząstki żelaza umieszczone w polu magnetycznym przestają się równomiernie rozkładać w oleju, lecz tworzą łańcuchy, przez co zwiększa się lepkość, a więc i ciągliwość cieczy. To sprawia, że MRF idealnie nadają się do zastosowania w tłumikach drgań — dzięki czujnikom i elektromagnesom można dostosować lepkość, a przez to właściwości tłumiące, do obciążenia. Już dzisiaj ta opracowana przez BASF technologia stosowana jest na przykład w tłumikach drgań mostu Alamillo w hiszpańskiej Sewilli oraz mostu Sutong w okolicy Nantongu w Chinach.