Mélanie Thomas
La chaleur extreme des appareils électroniques ou mécaniques est un signe ou une cause de performances inefficaces. Dans de nombreux cas, des capteurs intégrés pour surveiller le flux de chaleur pourraient aider les ingénieurs à modifier le comportement ou la conception des appareils pour améliorer leur efficacité. Pour la première fois, des chercheurs exploitent un nouveau phénomène thermoélectrique pour construire un capteur mince able de visualiser le flux de chaleur en temps réel. Le capteur pourrait être construit profondément à l’intérieur d’appareils là où d’autres styles de capteurs ne sont pas pratiques. Il est également rapide, bon marché et facile à fabriquer en utilisant des méthodes bien établies.
Selon la loi de conservation de l’énergie, l’énergie n’est jamais créée ou détruite mais improve seulement de forme de l’une à l’autre en fonction de l’interaction entre les entités impliquées. Toute l’énergie finit par se transformer en chaleur. Pour nous, cela peut être une selected utile, par exemple, lorsque nous voulons chauffer nos maisons en hiver ou préjudiciable, lorsque nous voulons refroidir quelque chose ou tirer le meilleur parti d’une software alimentée par batterie. Dans tous les cas, mieux nous pouvons gérer le comportement thermique d’un appareil, mieux nous pouvons concevoir autour de cet effet inévitable et améliorer l’efficacité de l’appareil en problem. Cependant, c’est plus facile à dire qu’à faire, vehicle savoir comment la chaleur circule à l’intérieur d’un appareil complexe, miniature ou dangereux est quelque selected allant du difficile à l’impossible, selon l’application.
Inspirés par ce problème, le professeur associé du projet Tomoya Higo et le professeur Satoru Nakatsuji du département de physique de l’Université de Tokyo, et leur équipe, qui comprenait un partenariat d’entreprise, ont entrepris de trouver une answer. “La quantité de chaleur conduite à travers un matériau est connue sous le nom de flux de chaleur. Trouver de nouvelles façons de mesurer cela pourrait non seulement aider à améliorer l’efficacité de l’appareil, mais aussi la sécurité, auto les batteries avec une mauvaise gestion thermique peuvent être dangereuses, et même pour la santé, auto divers problèmes de santé ou de mode de vie peuvent être liés à la chaleur corporelle “, a déclaré Higo. “Mais trouver une technologie de capteur pour mesurer le flux de chaleur, tout en satisfaisant à un selected nombre d’autres conditions, telles que la robustesse, la rentabilité, la facilité de fabrication, etc. n’est pas facile. Les dispositifs à diode thermique typiques sont relativement volumineux et ne donnent qu’une valeur de température dans une zone spécifique, plutôt qu’une graphic, du flux de chaleur sur toute une area”.
L’équipe a exploré la façon dont un capteur de flux de chaleur composé de certains matériaux magnétiques spéciaux et d’électrodes se comporte lorsqu’il existe des schémas complexes de flux de chaleur. Le matériau magnétique à base de fer et de gallium présente un phénomène connu sous le nom d’effet Nernst anormal (ANE), qui correspond à la conversion inhabituelle de l’énergie thermique en un sign électrique. Ce n’est cependant pas le seul effet magnétique qui peut transformer la chaleur en énergie. Il y a aussi l’effet Seebeck, qui peut en fait créer furthermore d’énergie électrique, mais il nécessite une grande quantité de matériau, et les matériaux sont cassants, il est donc difficile de travailler avec. ANE, d’autre element, a permis à l’équipe de concevoir son appareil sur une feuille de plastique incroyablement wonderful et malléable.
“En trouvant les bons matériaux magnétiques et d’électrodes, puis en les appliquant dans un motif répétitif spécial, nous avons créé des circuits électroniques microscopiques flexibles, robustes, bon marché et faciles à produire, et surtout très bons pour produire des données de flux de chaleur en temps réel”, a déclaré Higo. “Notre méthode consiste à rouler une great feuille de plastique PET clair, solide et léger comme couche de base, avec des matériaux magnétiques et d’électrode pulvérisés dessus en couches minces et cohérentes. Nous gravons ensuite nos motifs souhaités dans le film résultant, de la même manière que les circuits électroniques sont fabriqués. ”
L’équipe a conçu les circuits d’une manière particulière pour stimuler l’ANE tout en supprimant l’effet Seebeck, car or truck cela interfère en fait avec le potentiel de collecte de données de l’ANE. Les tentatives précédentes pour ce faire ont échoué de quelque manière que ce soit qui pourrait être facilement étendue et potentiellement commercialisée, faisant de ce capteur le premier du genre.
“J’envisage de voir des applications en aval telles que la manufacturing d’électricité ou les centres de données, où la chaleur entrave l’efficacité. Mais à mesure que le monde devient additionally automatisé, nous pourrions voir ces kinds de capteurs dans des environnements de fabrication automatisés où ils pourraient améliorer notre capacité à prévoir les pannes de equipment, certains problèmes de sécurité, and so forth. “, a déclaré Nakatsuji. “Avec de nouveaux développements, nous pourrions même voir des applications médicales internes pour aider les médecins à produire des cartes thermiques internes de zones spécifiques du corps, ou d’organes, pour faciliter l’imagerie et le diagnostic.”
