Θερμική ασπίδα πάχους 10 ατόμων ανοίγει τον δρόμο για λεπτότερες ηλεκτρονικές συσκευές

Θερμική ασπίδα πάχους 10 ατόμων ανοίγει τον δρόμο για λεπτότερες ηλεκτρονικές συσκευές

Αλλαγές στον χώρο των φορητών συσκευών αναμένεται να φέρουν νέα υλικά, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία στρωμάτων θερμικής μόνωσης τα οποία είναι 50.000 φορές πιο λεπτά από ένα φύλλο χαρτί.

Η θερμότητα που εκπέμπουν τα smartphones, τα laptops και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές μπορεί να συμβάλει στην εμφάνιση δυσλειτουργιών και ακόμα και εκρήξεων μπαταριών, σε κάποιες ακραίες περιπτώσεις. Για να αποφεύγονται τέτοια φαινόμενα, οι μηχανικοί συχνά χρησιμοποιούν γυαλί, πλαστικό ή ακόμα και στρώματα αέρα για μόνωση προκειμένου να εμποδίζεται η πρόκληση ζημιάς ή η ενόχληση στους χρήστες από τη θερμότητα που εκπέμπεται από εξαρτήματα όπως πχ οι επεξεργαστές.

Ερευνητές του Stanford University έδειξαν πως μερικά στρώματα υλικών πάχους ατόμων, τοποθετημένα σαν φύλλα χαρτιού πάνω από ιδιαίτερα θερμά σημεία, μπορούν να παρέχουν μόνωση αντάξια αυτής που παρέχει ένα φύλλο γυαλιού 100 φορές μεγαλύτερου πάχους. Αυτό μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για ηλεκτρονικές συσκευές πιο «συμπαγείς» από αυτές που έχουμε σήμερα, σύμφωνα με τον Έρικ Ποπ, καθηγητή ηλεκτρολόγων μηχανικών και senior author του σχετικού επιστημονικού άρθρου που δημοσιεύτηκε στο Science Advances. «Βλέπουμε τη θερμότητα στις ηλεκτρονικές συσκευές με έναν εντελώς νέο τρόπο» είπε σχετικά.

Στην πραγματικότητα, η θερμότητα που αντιλαμβανόμαστε από τα smartphones ή τα laptops είναι μια μορφή ήχου υψηλής συχνότητας: Ο ηλεκτρισμός κινείται μέσω των καλωδίων σαν μια ροή ηλεκτρονίων. Καθώς τα ηλεκτρόνια αυτά κινούνται, συγκρούονται με τα άτομα των υλικών μέσα από τα οποία διέρχονται. Σε κάθε τέτοια σύγκρουση ένα ηλεκτρόνιο κάνει ένα άτομο να δονείται, και όσο περισσότερο ρεύμα ρέει, τόσο περισσότερες συγκρούσεις λαμβάνουν χώρα, μέχρι που πολλά ηλεκτρόνια χτυπούν πάνω σε πολλά άτομα, σαν πολλά σφυριά σε πολλές καμπάνες. Αυτές οι δονήσεις διέπουν το υλικό σε συχνότητες πολύ πέρα από τα όρια της ακοής, παράγοντας ενέργεια που αντιλαμβανόμαστε ως θερμότητα.

Αυτό έδωσε ιδέες στους ερευνητές του Stanford: Από τις μέρες του ως ραδιοφωνικός παραγωγός, ο Ποπ ήξερε πως στα στούντιο υπάρχει ησυχία χάρη σε παχιά στρώματα τζαμιού που μπλοκάρουν τους έξω ήχους. Η ίδια αρχή αντιστοιχεί και στις θερμικές ασπίδες στα σημερινά ηλεκτρονικά. Ωστόσο, εάν οι ερευνητές ήθελαν μόνο θερμική μόνωση, απλά θα αύξαναν το πάχος των θερμικών φραγμάτων, και κάτι τέτοιο θα εμπόδιζε τις προσπάθειές τους να κάνουν τα ηλεκτρονικά πιο λεπτά. Αντ'αυτού, πήραν μια ιδέα από τα παράθυρα σπιτιών, όπου υπάρχουν στρώματα αέρα μεταξύ τζαμιών διαφορετικού πάχους, για να είναι το εσωτερικό των σπιτιών πιο θερμό και πιο αθόρυβο.

«Προσαρμόσαμε αυτή την ιδέα χρησιμοποιώντας έναν μονωτή που χρησιμοποιούσε στρώματα υλικών πάχους ατόμων αντί για μια παχιά μάζα γυαλιού» είπε ο Σαμ Βαζίρι, μεταδιδακτορικός και lead author του συγκεκριμένου άρθρου.

Τα υλικά πάχους ατόμων είναι σχετικά πρόσφατη ανακάλυψη. Το πρώτο παράδειγμα ήταν το γραφένιο- ένα στρώμα ατόμων άνθρακα- που πυροδότησε έρευνες και πειράματα με παρεμφερή υλικά. Η ομάδα του Stanford χρησιμοποίησε ένα στρώμα γραφενίου και τριών άλλων υλικών για τη δημιουργία ενός μονωτή τεσσάρων στρωμάτων, πάχους μόλις 10 ατόμων. Παρά το πόσο λεπτός είναι, ο μονωτής αυτός είναι αποτελεσματικός, επειδή οι δονήσεις μετριάζονται και χάνουν πολλή από την ενέργειά τους, καθώς διέρχονται μέσα από το κάθε στρώμα.

Για να αρχίσουν οι θερμικές ασπίδες νανοκλίμακας να βλέπουν πρακτική χρήση, θα πρέπει πρώτα να βρεθεί πρώτα κάποια τεχνική μαζικής παραγωγής για την εναπόθεση στρωμάτων υλικού πάχους ατόμου σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα κατά τη διαδικασία κατασκευής των συσκευών. Επίσης, μακροπρόθεσμα υπάρχει και η φιλοδοξία άσκησης ελέγχου της ενέργειας από τις δονήσεις στο εσωτερικό των υλικών, με τον ίδιο τρόπο που τώρα ελέγχονται ο ηλεκτρισμός και το φως.