La surchauffe des appareils électroniques portables semblables à la peau augmente le risque de brûlure de la peau et entraîne une dégradation des performances. Une équipe de recherche dirigée par la Metropolis College of Hong Kong (CityU) a inventé une « interface de refroidissement radiative douce, extremely-mince et à foundation de matériau photonique » qui améliore considérablement la dissipation de la chaleur dans les appareils, avec des chutes de température supérieures à 56 ° C, offrant une option pour gestion thermique efficace dans l’électronique moveable avancée.
« L’électronique ressemblant à la peau est un développement émergent dans les appareils portables », a déclaré le Dr Yu Xinge, professeur agrégé au Département de génie biomédical (BME) de CityU, qui a codirigé la recherche. « Une dissipation thermique efficace est cruciale pour maintenir la stabilité de la détection et une bonne expérience utilisateur. Notre interface ultra-mince, douce et à refroidissement radiatif, faite d’un matériau photonique spécialement conçu, fournit une resolution révolutionnaire pour permettre une surveillance confortable et à very long terme des soins de santé, et virtuelle et apps de réalité augmentée (VR/AR) ».
Dans les appareils électroniques, la chaleur peut être générée à la fois par des composants électroniques internes, lorsqu’un courant électrique traverse un conducteur, un processus connu sous le nom de chauffage Joule, et par des sources externes, telles que la lumière du soleil et l’air chaud. Pour refroidir les appareils, à la fois radiatifs (c’est-à-dire le rayonnement thermique – émettant de l’énergie thermique à partir de la floor de l’appareil) et non radiatifs (c’est-à-dire la convection et la conduction – perdant de la chaleur dans la couche d’air immobile autour de l’appareil et par speak to immediate avec un objet froid) les processus de transfert de chaleur peuvent jouer un rôle.
Cependant, les technologies actuelles reposent principalement sur des moyens non radiatifs pour dissiper la chaleur Joule accumulée. De plus, les matériaux sont généralement volumineux et rigides et offrent une portabilité limitée, ce qui entrave la flexibilité des appareils portables sans fil.
Pour surmonter ces lacunes, l’équipe de recherche a développé un revêtement polymère composite multifonctionnel avec une capacité de refroidissement radiative et non radiative sans utiliser d’électricité et avec des progrès en matière de portabilité et d’étirement.
Le revêtement de l’interface de refroidissement est composé de microsphères creuses de dioxyde de silicium (SiO2), pour améliorer le rayonnement infrarouge, et de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de pigments fluorescents, pour améliorer la réflexion solaire. Il mesure moins d’un millimètre d’épaisseur, est léger (approximativement 1,27 g/cm2) et possède une flexibilité mécanique robuste.
Lorsque de la chaleur est générée dans un dispositif électronique, elle s’écoule vers la couche d’interface de refroidissement et se dissipe dans l’environnement ambiant à la fois par rayonnement thermique et par convection d’air. L’espace ouvert au-dessus de la couche d’interface fournit un dissipateur thermique furthermore froid et un canal d’échange thermique supplémentaire. L’interface présente également une excellente capacité anti-interférences ambiantes en raison de sa faible conductivité thermique, ce qui la rend moins sensible aux sources de chaleur environnementales qui affecteraient l’effet de refroidissement et les performances des appareils.
Pour examiner sa capacité de refroidissement, la couche d’interface de refroidissement a été enduite de manière conforme sur un fil de résistance métallique – un composant typique provoquant une élévation de température dans l’électronique. Avec une épaisseur de revêtement de 75 μm, la température du fil est passée de 140,5 °C à 101,3 °C, par rapport à un fil non revêtu à un courant d’entrée de, 5 A, et est tombée à 84,2 °C avec une épaisseur de 600 μm, réalisant une chute de température de plus de 56°C.
« Il est nécessaire de maintenir la température de l’appareil en dessous de 44°C pour éviter les brûlures cutanées », a déclaré le Dr Yu. « Notre interface de refroidissement peut refroidir le fil de résistance de 64,1 °C à 42,1 °C avec un revêtement de 150 μm d’épaisseur. »
Grâce à la capacité de refroidissement radiatif passif efficace et à la conception thermique non radiative sophistiquée, les performances de plusieurs dispositifs électroniques cutanés développés par l’équipe se sont considérablement améliorées, notamment l’efficacité du transfert de puissance sans fil vers les diodes électroluminescentes (DEL) et la stabilité du signal d’une peau. capteur sans fil interfacé sous des road blocks environnementaux (par exemple la lumière du soleil, le vent chaud et l’eau).
« La nature intrinsèquement versatile de l’interface de refroidissement permet aux appareils électroniques de subir un refroidissement steady même sous des déformations extrêmes, telles que la flexion, la torsion, le pliage et l’étirement à plusieurs reprises », a déclaré le Dr Lei Dangyuan, professeur agrégé au Département de science et génie des matériaux. (MSE) à CityU, un autre co-responsable de l’étude.
Par exemple, leur système d’éclairage épidermique sans fil extensible intégré à l’interface de refroidissement a montré une intensité d’éclairage moreover élevée et a maintenu des performances stables même après un étirement de 5 % à 50 % 1 000 fois.
L’équipe a déposé une demande de brevet américain pour l’invention. Ils ont remporté une médaille d’or, l’un des 36 prix remportés par les équipes de CityU, le as well as grand nombre de récompenses parmi les institutions locales lors du 48e Salon global des inventions de Genève, avec leur projet intitulé « Cooling Engineering for Epidermal Electronics ».
Ensuite, l’équipe de recherche se concentrera sur les applications pratiques des interfaces de refroidissement pour la gestion thermique avancée de l’électronique portable dans les domaines de la surveillance des soins de santé, des communications sans fil et de la VR/AR.
