El exceso de calor emitido por los teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos puede ser molesto, pero más allá de eso contribuye al mal funcionamiento y, en casos extremos, incluso puede hacer que exploten las baterías de litio.
Para protegerse contra tales enfermedades, los ingenieros a menudo insertan vidrio, plástico o incluso capas de aire como aislamiento para evitar que los componentes generadores de calor como los microprocesadores causen daños o incomoden a los usuarios.
Ahora, los investigadores de Stanford han demostrado que unas pocas capas de materiales atómicamente delgados, apilados como hojas de papel sobre puntos calientes, pueden proporcionar el mismo aislamiento que una hoja de vidrio 100 veces más gruesa. En el corto plazo, los protectores térmicos más delgados permitiráningenieros para hacer dispositivos electrónicos aún más compactos que los que tenemos hoy en día, dijo Eric Pop, profesor de ingeniería eléctrica y autor principal de un artículo publicado el 16 de agosto en Avances científicos .
"Estamos viendo el calor en los dispositivos electrónicos de una manera completamente nueva", dijo Pop.
Detectando sonido como calor
El calor que sentimos desde los teléfonos inteligentes o computadoras portátiles es en realidad una forma inaudible de sonido de alta frecuencia. Si eso parece una locura, considere la física subyacente. La electricidad fluye a través de los cables como una corriente de electrones. A medida que estos electrones se mueven, chocan con elátomos de los materiales a través de los cuales pasan. Con cada colisión, un electrón hace que un átomo vibre, y cuanto más corriente fluye, más colisiones ocurren, hasta que los electrones golpean a los átomos como tantos martillos en tantas campanas, excepto queEsta cacofonía de vibraciones se mueve a través del material sólido a frecuencias muy por encima del umbral de la audición, generando energía que sentimos como calor.
Pensar en el calor como una forma de sonido inspiró a los investigadores de Stanford a tomar prestados algunos principios del mundo físico. Desde sus días como DJ de radio en KZSU 90.1 FM de Stanford, Pop sabía que los estudios de grabación de música son silenciosos gracias a las gruesas ventanas de vidrio quebloquean el sonido exterior. Un principio similar se aplica a los escudos térmicos en la electrónica de hoy. Si el único aislamiento fuera su única preocupación, los investigadores podrían simplemente tomar prestado el principio del estudio de música y engrosar sus barreras térmicas. Pero eso frustraría los esfuerzos para hacer la electrónica más delgada.Su solución fue pedir prestado un truco a los propietarios de viviendas, quienes instalan ventanas de paneles múltiples generalmente, capas de aire entre láminas de vidrio con diferentes espesores para que los interiores sean más cálidos y silenciosos.
"Adaptamos esa idea al crear un aislante que utilizara varias capas de materiales atómicamente delgados en lugar de una gruesa masa de vidrio", dijo el investigador postdoctoral Sam Vaziri, autor principal del artículo.
Los materiales atómicamente delgados son un descubrimiento relativamente reciente. Hace solo 15 años, los científicos pudieron aislar algunos materiales en capas tan delgadas. El primer ejemplo descubierto fue el grafeno, que es una sola capa de átomos de carbono y, desde entoncesfue encontrado, los científicos han estado buscando y experimentando con otros materiales en forma de lámina. El equipo de Stanford utilizó una capa de grafeno y otros tres materiales en forma de lámina, cada uno de tres átomos de espesor, para crear un aislante de cuatro capas.10 átomos de profundidad. A pesar de su delgadez, el aislante es eficaz porque las vibraciones de calor atómico se amortiguan y pierden gran parte de su energía a medida que pasan a través de cada capa.
Para que los escudos térmicos a nanoescala sean prácticos, los investigadores tendrán que encontrar alguna técnica de producción en masa para rociar o depositar capas de materiales delgadas como átomos en los componentes electrónicos durante la fabricación. Pero detrás del objetivo inmediato de desarrollar aisladores más delgados surge una ambición más amplia:Los científicos esperan algún día controlar la energía vibratoria dentro de los materiales de la forma en que ahora controlan la electricidad y la luz. A medida que comprenden el calor en los objetos sólidos como una forma de sonido, está surgiendo un nuevo campo de fonética, un nombre tomado del griegoraíz de la palabra detrás del teléfono, fonógrafo y fonética.
"Como ingenieros, sabemos bastante acerca de cómo controlar la electricidad, y estamos mejorando con la luz, pero apenas estamos comenzando a entender cómo manipular el sonido de alta frecuencia que se manifiesta como calor en la atmósfera atómicaescala ", dijo Pop.
Eric Pop es un afiliado del Instituto Precourt para la Energía. Los autores de Stanford incluyen a los ex académicos posdoctorales Eilam Yalon y Miguel Muñoz Rojo, y los estudiantes graduados Connor McClellan, Connor Bailey, Kirby Smithe, Alexander Gabourie, Victoria Chen, Sanchit Deshmukh y Saurabh SuryavanshiOtros autores son de Theiss Research y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.
Esta investigación fue apoyada por la Instalación de Nanofabricación de Stanford, las Instalaciones Nano Compartidas de Stanford, la Fundación Nacional de Ciencia, la Corporación de Investigación de Semiconductores, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Alianza Stanford SystemX, el Knuty la Fundación Alice Wallenberg, el programa de becas de posgrado de Stanford y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Tom Abate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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