Un matériau photonique ultra fin refroidit les appareils électroniques portables

Le matériau photonique ultra fin refroidit les appareils électroniques portables : la surchauffe des appareils électroniques portables ressemblant à de la peau augmente le risque de brûlure cutanée et entraîne une dégradation des performances. Une équipe de recherche dirigée parUniversité municipale de Hong Kong (CityU)a inventé une « interface de refroidissement radiative douce, ultra-mince » basée sur un matériau photonique qui améliore considérablement la dissipation thermique dans les appareils, avec des chutes de température de plus de 56°C, offrant une alternative pour une gestion thermique efficace dans l'électronique portable avancée.

"L'électronique semblable à la peau est un développement émergent dans les appareils portables", a déclaréDr Yu Xinge , professeur agrégé au département de génie biomédical (BME) de CityU, qui a codirigé la recherche. « Une dissipation thermique efficace est cruciale pour maintenir la stabilité de la détection et une bonne expérience utilisateur. Notre interface ultra fine, douce et à refroidissement radiatif, fabriquée à partir d'un matériau photonique spécialement conçu, fournit une solution révolutionnaire pour permettre une surveillance confortable et à long terme des soins de santé et des applications de réalité virtuelle et augmentée (VR/AR).

Dans les appareils électroniques, la chaleur peut être générée à la fois par des composants électroniques internes, lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, un processus appelé chauffage Joule, et par des sources externes, telles que la lumière du soleil et l'air chaud. Pour refroidir les appareils, à la fois radiatifs (c'est-à-dire rayonnement thermique – émettant de l'énergie thermique depuis la surface de l'appareil) et non radiatifs (c'est-à-dire convection et conduction – perdant de la chaleur dans la couche d'air immobile autour de l'appareil et par contact direct avec un objet froid. ) les processus de transfert de chaleur peuvent jouer un rôle.

Cependant, les technologies actuelles reposent principalement sur des moyens non radiatifs pour dissiper la chaleur Joule accumulée. De plus, les matériaux sont généralement volumineux et rigides et offrent une portabilité limitée, ce qui entrave la flexibilité des appareils portables sans fil.

Pour surmonter ces lacunes, l'équipe de recherche a développé un revêtement polymère composite multifonctionnel doté d'une capacité de refroidissement radiative et non radiative sans utiliser d'électricité et avec des progrès en termes de portabilité et d'extensibilité.

Le revêtement d'interface de refroidissement est composé de microsphères creuses de dioxyde de silicium (SiO2), pour améliorer le rayonnement infrarouge, et de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de pigments fluorescents, pour améliorer la réflexion solaire. Il fait moins d’un millimètre d’épaisseur, est léger (environ 1,27 g/cm2) et possède une flexibilité mécanique robuste.

Le matériau photonique ultra fin refroidit les appareils électroniques portables : lorsque la chaleur est générée dans un appareil électronique, elle s'écoule vers la couche d'interface de refroidissement et se dissipe dans l'environnement ambiant par rayonnement thermique et par convection de l'air. L'espace ouvert au-dessus de la couche d'interface fournit un dissipateur thermique plus froid et un canal d'échange thermique supplémentaire. L'interface présente également une excellente capacité anti-interférence ambiante en raison de sa faible conductivité thermique, ce qui la rend moins sensible aux sources de chaleur environnementales qui pourraient affecter l'effet de refroidissement et les performances des appareils.

Pour examiner sa capacité de refroidissement, la couche d’interface de refroidissement a été déposée de manière conforme sur un fil de résistance métallique – un composant typique provoquant une élévation de température dans l’électronique. Avec une épaisseur de revêtement de 75 μm, la température du fil est passée de 140,5 °C à 101,3 °C, par rapport à un fil non revêtu avec un courant d'entrée de 0,5 A, et est tombée à 84,2 °C avec une épaisseur de 600 μm, obtenant ainsi une baisse de température. de plus de 56°C.

"Il est nécessaire de maintenir la température de l'appareil en dessous de 44°C pour éviter les brûlures cutanées", a déclaré le Dr Yu. "Notre interface de refroidissement peut refroidir le fil de résistance de 64,1°C à 42,1°C avec un revêtement de 150 μm d'épaisseur."

Grâce à la capacité de refroidissement radiative passive efficace et à la conception thermique non radiative sophistiquée, les performances de plusieurs appareils électroniques cutanés développés par l'équipe se sont considérablement améliorées, notamment l'efficacité du transfert d'énergie sans fil vers des diodes électroluminescentes (DEL) et la stabilité du signal d'un appareil électronique cutané. capteur sans fil interfacé sous des obstacles environnementaux (par exemple la lumière du soleil, le vent chaud et l'eau).