Exceso de calor que desprenden los teléfonos inteligentes, las computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos pueden ser molestos, pero más allá de eso, contribuye a fallas y, en casos extremos, incluso puede provocar la explosión de las baterías de litio.

Para protegerse de tales males, los ingenieros a menudo insertan vidrio, plástico o incluso capas de aire como aislante para evitar que los componentes generadores de calor, como los microprocesadores, provoquen 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, puede proporcionar el mismo aislamiento que una hoja de vidrio 100 veces más gruesa. En el corto plazo, Los escudos térmicos más delgados permitirán a los ingenieros hacer que los dispositivos electrónicos sean aún más compactos que los que tenemos hoy. dijo Eric Pop, profesor de ingeniería eléctrica y autor principal de un artículo publicado el 16 de agosto en Avances de la ciencia .

"Estamos viendo el calor en los dispositivos electrónicos de una manera completamente nueva, "Dijo Pop.

Detectando sonido como calor

El calor que sentimos de los teléfonos inteligentes o las 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 los átomos de los materiales por los que pasan. Con cada colisión de este tipo, un electrón hace que un átomo vibre, y cuanto más fluye la corriente, cuantas más colisiones ocurran, hasta que los electrones golpean los átomos como tantos martillos en tantas campanas, excepto que esta cacofonía de vibraciones se mueve a través del material sólido a frecuencias muy por encima del umbral de 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 que bloquean el sonido exterior. Un principio similar se aplica a las pantallas térmicas de la electrónica actual. Si un mejor aislamiento fuera su única preocupación, los investigadores podrían simplemente tomar prestado el principio del estudio de música y aumentar sus barreras térmicas. Pero eso frustraría los esfuerzos por hacer que la electrónica sea más delgada. Su solución fue pedir prestado un truco a los propietarios, que instalan ventanas de varios paneles, por lo general, capas de aire entre láminas de vidrio de diferentes espesores para hacer que los interiores sean más cálidos y silenciosos.

"Adaptamos esa idea creando un aislante que usaba varias capas de materiales atómicamente delgados en lugar de una masa gruesa de vidrio, "dijo el erudito postdoctoral Sam Vaziri, el autor principal del artículo.

Los materiales atómicamente delgados son un descubrimiento relativamente reciente. Hace solo 15 años que 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 que fue encontrado, los científicos han estado buscando, y experimentando con, otros materiales en forma de hoja. El equipo de Stanford utilizó una capa de grafeno y otros tres materiales en forma de láminas, cada uno de tres átomos de espesor, para crear un aislante de cuatro capas de solo 10 átomos de profundidad. A pesar de su delgadez, el aislante es eficaz porque las vibraciones del calor atómico se amortiguan y pierden gran parte de su energía a medida que atraviesan 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 sobre los componentes electrónicos durante la fabricación. Pero detrás del objetivo inmediato de desarrollar aislantes más delgados se vislumbra una ambición mayor: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 llegan a comprender el calor en los objetos sólidos como una forma de sonido, está surgiendo un nuevo campo de la fonética, un nombre tomado de la raíz griega detrás de teléfono, fonógrafo y fonética.

"Como ingenieros, sabemos bastante sobre cómo controlar la electricidad, y estamos mejorando con la luz pero estamos empezando a entender cómo manipular el sonido de alta frecuencia que se manifiesta como calor a escala atómica, "Dijo Pop.