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Como podemos projetar dispositivos eletrônicos que não sobreaquecer?

Um novo transistor térmica poderia ajudar a dissipar o calor dos componentes eletrônicos delicados e também isolá-los contra o chip e falha no circuito. Você sentiu o calor antes - o smartphone que aquece durante a execução de um aplicativo de navegação ou o laptop que fica muito quente para o seu colo.

O calor produzido por dispositivos eletrônicos faz mais do que os usuários incomodam. vazios e rachaduras induzidas pelo calor pode causar chips e circuitos para falhar.

Uma nova tecnologia visa proteger a eletrônica dos efeitos nocivos do calor. | Ilustração por Kevin Craft

Agora, uma equipe de engenharia levou-Stanford desenvolveu uma maneira de não apenas controlar o calor, mas rota ajuda-lo longe de dispositivos delicados. escrevendo em Nature Communications, os investigadores descrevem um transistor térmica - um interruptor nanoescala que pode conduzir o calor para longe dos componentes electrónicos e isolá-los contra os efeitos prejudiciais.

“O desenvolvimento de um transistor térmica prática poderia ser um divisor de águas na forma como nós projetamos eletrônica,”Disse o autor sênior Kenneth Goodson, um professor de engenharia mecânica.

Os pesquisadores têm tentado desenvolver interruptores de calor para anos. transistores térmicos anteriores provou ser demasiado grande, muito lento e não é sensível o suficiente para uso prático. O desafio tem sido encontrar uma tecnologia em nanoescala que pode ativar e desativar repetidamente, tem um grande contraste de comutação hot-to-fria e sem partes móveis.

Ajudado por engenheiro elétrico Eric Pop e cientista de materiais Yi Cui, A equipe de Goodson superou estes obstáculos, começando com uma fina camada de dissulfeto de molibdênio, um cristal semicondutor que é feita de folhas em camadas de átomos. Somente 10 nanómetros de espessura e eficazes a temperaturas ambientes, este material poderia ser integrado em eletrônica de hoje, um fator fundamental para tornar a tecnologia prática.

A fim de fazer isso de semicondutores de condução de calor em um interruptor de transistor-like, os investigadores banhava o material num líquido com vários iões de lítio. Quando uma pequena corrente eléctrica é aplicada ao sistema, os átomos de lítio começar a infundir as camadas do cristal, mudando suas características de condução de calor. Medida que a concentração aumenta de lítio, o transistor térmica desliga. Trabalhando com o grupo de Davide Donadio, da Universidade da Califórnia, Davis, os investigadores descobriram que isto acontece porque os iões de lítio empurrar para além dos átomos do cristal. Isso torna mais difícil para o calor para passar.

Aditya Sood, um pós-escolar com Goodson e Pop e co-primeiro autor no papel, comparou o transistor térmica para o termostato em um carro. Quando o carro está frio, o termostato estiver desligado, impedindo refrigerante flua, e o motor retém o calor. Como o motor aquece, o termostato abre e refrigerante começa a se mover para manter o motor em uma temperatura ideal. Os pesquisadores prevêem que os transistores térmicos ligados a chips de computador iria ligar e desligar para ajudar a limitar os danos de calor em dispositivos eletrônicos sensíveis.

Além de permitir o controle de calor dinâmico, os resultados da equipe fornecer novos insights sobre o que faz com que as baterias de iões de lítio para falhar. Como os materiais porosos em uma bateria são infundidos com lítio, eles impedem o fluxo de calor e pode causar temperaturas a atirar para cima. Pensando neste processo é fundamental para projetar baterias mais seguras.

Em um futuro mais distante, os pesquisadores imaginam que os transistores térmicos poderia ser organizadas em circuitos para calcular usando a lógica de calor, tanto quanto transístores semicondutores computar utilizando electricidade. Mas enquanto animado com o potencial para controlar o calor em nanoescala, os pesquisadores dizem que esta tecnologia é comparável a onde os primeiros transistores eletrônicos foram alguns 70 anos atrás, quando até mesmo os inventores não poderia imaginar completamente o que eles tinham feito possível.

"Pela primeira vez, Contudo, um transistor térmica nanoescala prático está ao alcance,”Goodson diz.


Fonte: engineering.stanford.edu, por Andrew Myers

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