¿Cómo podemos diseñar dispositivos electrónicos que no se sobrecalienten??

Un nuevo transistor térmico podría ayudar a alejar el calor de los componentes electrónicos delicados y también aislarlos contra fallas de chips y circuitos.. Ya ha sentido el calor antes: el teléfono inteligente que se calienta mientras ejecuta una aplicación de navegación o la computadora portátil que se calienta demasiado para su regazo.

El calor que producen los dispositivos electrónicos hace más que molestar a los usuarios. Los vacíos y las grietas inducidos por el calor pueden hacer que los chips y los circuitos fallen..

Una nueva tecnología tiene como objetivo proteger la electrónica de los efectos nocivos del calor. | Ilustración de Kevin Craft

Ahora, un equipo de ingeniería dirigido por Stanford ha desarrollado una forma no solo de gestionar el calor, pero ayude a enrutarlo lejos de dispositivos delicados. escribiendo en Nature Communications, los investigadores describen un transistor térmico, un interruptor a nanoescala que puede alejar el calor de los componentes electrónicos y aislarlos contra sus efectos dañinos.

“Desarrollar un transistor térmico práctico podría cambiar las reglas del juego en la forma en que diseñamos la electrónica,", dijo el autor principal Kenneth Goodson, profesor de ingenieria mecanica.

Los investigadores han estado tratando de desarrollar interruptores de calor durante años.. Los transistores térmicos anteriores demostraron ser demasiado grandes, demasiado lento y no lo suficientemente sensible para el uso práctico. El desafío ha sido encontrar una tecnología a nanoescala que pueda activarse y desactivarse repetidamente, tienen un gran contraste de cambio de calor a frío y no tienen partes móviles.

Ayudado por el ingeniero eléctrico eric pop y científico de materiales yi-cui, El equipo de Goodson superó estos obstáculos comenzando con una fina capa de disulfuro de molibdeno, un cristal semiconductor que se compone de láminas en capas de átomos. Solo 10 nanómetros de espesor y efectivo a temperatura ambiente, este material podría integrarse en la electrónica actual, un factor crítico para hacer que la tecnología sea práctica.

Para convertir este semiconductor conductor de calor en un interruptor similar a un transistor, los investigadores bañaron el material en un líquido con muchos iones de litio. Cuando se aplica una pequeña corriente eléctrica al sistema, los átomos de litio comienzan a infundirse en las capas del cristal, cambiando sus características de conducción de calor. A medida que aumenta la concentración de litio, el transistor térmico se apaga. Trabajando con el grupo de Davide Donadio en la Universidad de California, Davis, los investigadores descubrieron que esto sucede porque los iones de litio separan los átomos del cristal. Esto hace que sea más difícil que el calor pase.

aditya sood, un erudito postdoctoral con Goodson and Pop y coautor del artículo, comparó el transistor térmico con el termostato de un automóvil. Cuando el coche está frío, el termostato esta apagado, evitando que el refrigerante fluya, y el motor retiene el calor. A medida que el motor se calienta, el termostato se abre y el refrigerante comienza a moverse para mantener el motor a una temperatura óptima. Los investigadores prevén que los transistores térmicos conectados a chips de computadora se enciendan y apaguen para ayudar a limitar el daño por calor en dispositivos electrónicos sensibles..

Además de permitir el control dinámico del calor, Los resultados del equipo brindan nuevos conocimientos sobre las causas del fallo de las baterías de iones de litio.. Como los materiales porosos de una batería se infunden con litio, impiden el flujo de calor y pueden hacer que las temperaturas se disparen. Pensar en este proceso es crucial para diseñar baterías más seguras.

En un futuro más lejano, los investigadores imaginan que los transistores térmicos podrían organizarse en circuitos para calcular utilizando la lógica del calor., tanto como los transistores semiconductores calculan usando electricidad. Pero mientras está emocionado por el potencial de controlar el calor a nanoescala, los investigadores dicen que esta tecnología es comparable a donde estaban los primeros transistores electrónicos 70 hace años que, cuando incluso los inventores no podían imaginar completamente lo que habían hecho posible.

"Por primera vez, sin embargo, un práctico transistor térmico a nanoescala está al alcance,Goodson dice.

Fuente: ingeniería.stanford.edu, por Andrew Myers