Comment pouvons-nous concevoir des appareils électroniques qui ne chauffent pas?

Un nouveau transistor thermique pourrait aider à la conduite chaleur des composants électroniques délicats et aussi les isoler contre puce et défaillance du circuit. Vous avez senti la chaleur avant - le smartphone qui réchauffe lors de l'exécution d'une application de navigation ou l'ordinateur portable qui fait trop chaud pour vos genoux.

La chaleur produite par les appareils électroniques ne plus que les utilisateurs de importuner. vides de chaleur induite et la fissuration peuvent causer des puces et des circuits à l'échec.

Une nouvelle technologie vise à protéger l'électronique contre les effets nocifs de la chaleur. | Illustration par Kevin Craft

Maintenant, une équipe d'ingénierie de Stanford dirigée a développé une façon de gérer non seulement la chaleur, mais aidez-le à l'éloigner des appareils délicats. L'écriture en nature Communications, les chercheurs décrivent un transistor thermique - un interrupteur à l'échelle nanométrique qui peut évacuer la chaleur des composants électroniques et les isoler contre ses effets nocifs.

« Le développement d'un transistor thermique pratique pourrait être un changeur de jeu dans la façon dont nous concevons l'électronique,» A déclaré l'auteur principal Kenneth Goodson, un professeur de génie mécanique.

Les chercheurs ont essayé de développer des commutateurs de chaleur pour les années. Transistors précédents thermiques se sont avérés trop grand, trop lent et pas assez sensible pour une utilisation pratique. Le défi a été de trouver une technologie nanométrique qui pourrait activer et désactiver à plusieurs reprises, avoir un grand contraste de commutation à chaud, à froid et sans pièces mobiles.

Aidé par l'ingénieur électrique Eric Pop et scientifique des matériaux Yi Cui, L'équipe de Goodson a surmonté ces obstacles en commençant par une couche mince de disulfure de molybdène, un cristal semi-conducteur qui est constitué de feuilles en couches d'atomes. Juste 10 nanomètres d'épaisseur et efficaces à la température ambiante, ce matériel pourrait être intégré dans l'électronique d'aujourd'hui, un facteur essentiel pour rendre la technologie pratique.

Afin de rendre ce semi-conducteur de la chaleur dans un commutateur à transistor comme, les chercheurs baignent la matière dans un liquide avec beaucoup d'ions lithium. Quand un petit courant électrique est appliqué au système, les atomes de lithium commencent à infuser dans les couches du cristal, changer ses caractéristiques de conduction thermique. Comme les augmentations de concentration de lithium, le transistor thermique éteint. Travailler avec le groupe de Davide Donadio à l'Université de Californie, Davis, les chercheurs ont découvert que cela se produit parce que les ions lithium poussent à part les atomes du cristal. Cela rend plus difficile pour la chaleur de passer à travers.

Aditya Sood, un chercheur postdoctoral avec Goodson et Pop et co-premier auteur sur le papier, comparé le transistor thermique du thermostat dans une voiture. Lorsque la voiture est froid, le thermostat est éteint, la prévention de liquide de refroidissement circulant, et le moteur conserve la chaleur. Comme le moteur se réchauffe, le thermostat ouvre et liquide de refroidissement commence à se déplacer pour maintenir le moteur à une température optimale. Les chercheurs envisagent que les transistors thermiques connectés à des puces d'ordinateur seraient allumer et éteindre pour aider à limiter les dégâts de chaleur dans des dispositifs électroniques sensibles.

En plus de permettre le contrôle thermique dynamique, Les résultats de l'équipe fournissent de nouveaux aperçus sur les causes de batteries au lithium-ion à l'échec. Comme les matériaux poreux dans une batterie au lithium sont infusées, ils entravent le flux de chaleur et peuvent provoquer des températures de prendre jusqu'à. En pensant à ce processus est crucial pour la conception des batteries plus sûres.

Dans un avenir plus lointain, les chercheurs imaginent que les transistors thermiques peuvent être disposés dans les circuits pour calculer en utilisant la logique de la chaleur, autant que des transistors à semi-conducteurs utilisant l'électricité COMPUTE. Mais tout excité par le potentiel de contrôler la chaleur à l'échelle nanométrique, les chercheurs affirment que cette technologie est comparable à l'endroit où les premiers transistors électroniques étaient quelques-uns 70 il y a des années, quand même les inventeurs ne pouvaient pas pleinement imaginer ce qu'ils avaient rendu possible.

"Pour la première fois, toutefois, un transistor à l'échelle nanométrique thermique pratique est à la portée,», Dit-Goodson.

La source: ingénierie.stanford.edu, par Andrew Myers