El material fotónico ultrafino enfría los dispositivos electrónicos portátiles

El material fotónico ultrafino enfría los dispositivos electrónicos portátiles: el sobrecalentamiento de dispositivos electrónicos portátiles similares a la piel aumenta el riesgo de quemaduras en la piel y provoca una degradación del rendimiento. Un equipo de investigación dirigido porUniversidad de la ciudad de Hong Kong (CityU)inventó una “interfaz suave, ultrafina y de enfriamiento radiativo” basada en material fotónico que mejora en gran medida la disipación de calor en los dispositivos, con caídas de temperatura de más de 56 °C, ofreciendo una alternativa para la gestión térmica efectiva en la electrónica portátil avanzada.

"La electrónica similar a la piel es un desarrollo emergente en dispositivos portátiles", dijoDr. Yu Xinge , profesor asociado del Departamento de Ingeniería Biomédica (BME) de CityU, quien codirigió la investigación. “La disipación térmica efectiva es crucial para mantener la estabilidad de la detección y una buena experiencia del usuario. Nuestra interfaz ultrafina, suave y de enfriamiento radiativo, hecha de material fotónico diseñado específicamente, proporciona una solución revolucionaria para permitir un monitoreo cómodo y a largo plazo de la atención médica y aplicaciones de realidad virtual y aumentada (VR/AR)”.

En los dispositivos electrónicos, el calor se puede generar tanto a partir de componentes electrónicos internos, cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, un proceso conocido como calentamiento Joule, como de fuentes externas, como la luz solar y el aire caliente. Para enfriar los dispositivos, tanto radiativo (es decir, radiación térmica, que emite energía térmica desde la superficie del dispositivo) como no radiativo (es decir, convección y conducción, que pierde calor a la capa de aire quieto alrededor del dispositivo y a través del contacto directo con un objeto frío). ) Los procesos de transferencia de calor pueden influir.

Sin embargo, las tecnologías actuales se basan principalmente en medios no radiativos para disipar el calor Joule acumulado. Además, los materiales suelen ser voluminosos y rígidos y ofrecen una portabilidad limitada, lo que dificulta la flexibilidad de los dispositivos portátiles inalámbricos.

Para superar estas deficiencias, el equipo de investigación desarrolló un recubrimiento de polímero compuesto multifuncional con capacidad de enfriamiento tanto radiativa como no radiativa sin utilizar electricidad y con avances en usabilidad y elasticidad.

El revestimiento de la interfaz de enfriamiento está compuesto por microesferas huecas de dióxido de silicio (SiO2), para mejorar la radiación infrarroja, y nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) y pigmentos fluorescentes, para mejorar la reflexión solar. Tiene menos de un milímetro de espesor, es liviano (alrededor de 1,27 g/cm2) y tiene una gran flexibilidad mecánica.

El material fotónico ultrafino enfría los dispositivos electrónicos portátiles: cuando se genera calor en un dispositivo electrónico, fluye hacia la capa de interfaz de enfriamiento y se disipa en el ambiente a través de la radiación térmica y la convección del aire. El espacio abierto sobre la capa de interfaz proporciona un disipador de calor más frío y un canal de intercambio térmico adicional. La interfaz también exhibe una excelente capacidad antiinterferencia ambiental debido a su menor conductividad térmica, lo que la hace menos susceptible a fuentes de calor ambientales que afectarían el efecto de enfriamiento y el rendimiento de los dispositivos.

Para examinar su capacidad de enfriamiento, la capa de interfaz de enfriamiento se recubrió de manera conformada sobre un cable de resistencia metálico, un componente típico que causa un aumento de temperatura en los componentes electrónicos. Con un espesor de recubrimiento de 75 μm, la temperatura del cable cayó de 140,5°C a 101,3°C, en comparación con el cable sin recubrimiento con una corriente de entrada de 0,5 A, y cayó a 84,2°C con un espesor de 600 μm, logrando una caída de temperatura. de más de 56°C.

"Es necesario mantener la temperatura del dispositivo por debajo de 44°C para evitar quemaduras en la piel", afirmó el Dr. Yu. "Nuestra interfaz de enfriamiento puede enfriar el cable de resistencia de 64,1°C a 42,1°C con un recubrimiento de 150 μm de espesor".

Con la eficiente capacidad de enfriamiento radiativo pasivo y el sofisticado diseño térmico no radiativo, el rendimiento de varios dispositivos electrónicos cutáneos desarrollados por el equipo mejoró significativamente, incluida la eficiencia de la transferencia de energía inalámbrica a diodos emisores de luz (LED) y la estabilidad de la señal de un dispositivo cutáneo. sensor inalámbrico interconectado bajo obstáculos ambientales (por ejemplo, luz solar, viento caliente y agua).

"La naturaleza intrínsecamente flexible de la interfaz de enfriamiento permite que los dispositivos electrónicos experimenten un enfriamiento estable incluso bajo deformaciones extremas, como doblarse, torcerse, plegarse y estirarse muchas veces", dijoDr. Lei Dangyuan, profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (MSE) de CityU, otro codirector del estudio.

El material fotónico ultrafino enfría los dispositivos electrónicos portátiles: por ejemplo, su sistema de iluminación epidérmica extensible inalámbrico con interfaz de enfriamiento mostró una mayor intensidad de iluminación y mantuvo un rendimiento estable incluso después de estirarse del 5 % al 50 % 1000 veces.

El equipo presentó una solicitud de patente estadounidense para la invención. Ganaron una Medalla de Oro, uno de los 36 premios ganados por los equipos de CityU, el mayor número de premios entre instituciones locales en la 48ª Exposición Internacional de Invenciones de Ginebra, con su proyecto denominado “Tecnología de refrigeración para la electrónica epidérmica”.

A continuación, el equipo de investigación se centrará en las aplicaciones prácticas de las interfaces de refrigeración para la gestión térmica avanzada de dispositivos electrónicos portátiles en los campos de la monitorización sanitaria, las comunicaciones inalámbricas y la realidad virtual y la realidad aumentada.

Los hallazgos fueron publicados en la revista científica.Avances científicosbajo el título "Interfaces de enfriamiento radiativo, suaves y ultrafinas para una gestión térmica avanzada en la electrónica de la piel”.

Los primeros coautores sonDr. Li Jiyu, postdoctoral en el BME, ySr. Fu Yang , estudiante de doctorado en MSE de CityU. Los autores correspondientes son el Dr. Yu y el Dr. Lei.

La investigación cuenta con el apoyo de CityU, el Centro de Ingeniería de Salud Cerebrocardiovascular (COCHE) de Hong Kong en InnoHK y el Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong.

El material fotónico ultrafino enfría los dispositivos electrónicos portátiles: artículo original

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