El sorprendente descubrimiento de una nueva forma de ajustar y mejorar la conductividad térmica, una propiedad básica que generalmente se considera fija para un material determinado, brinda a los ingenieros una nueva herramienta para administrar los efectos térmicos en teléfonos inteligentes y computadoras. láseres y una serie de otros dispositivos alimentados.

El hallazgo fue realizado por un grupo de ingenieros encabezados por Deyu Li, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Vanderbilt, y publicado en línea en la revista Nanotecnología de la naturaleza el 11 de diciembre.

Li y sus colaboradores descubrieron que la conductividad térmica de un par de tiras delgadas de material llamadas nanocintas de boro se puede mejorar hasta en un 45 por ciento, dependiendo del proceso que utilizaron para pegar las dos cintas. Aunque la investigación se realizó con nanocintas de boro, los resultados son generalmente aplicables a otros materiales de película delgada.

Una forma completamente nueva de controlar los efectos térmicos "Esto apunta a una forma completamente nueva de controlar los efectos térmicos que probablemente tendrá un impacto significativo en la microelectrónica en el diseño de teléfonos inteligentes y computadoras. en optoelectrónica sobre el diseño de láseres y LED, y en varios otros campos, "dijo Greg Walker, profesor asociado de ingeniería mecánica en Vanderbilt y experto en transporte térmico que no participó directamente en la investigación.

Según Li, la fuerza que mantiene unidas las dos nanocintas es una atracción electrostática débil llamada fuerza de van der Waals. (Esta es la misma fuerza que permite al gecko subir por las paredes).

"Tradicionalmente, Se cree ampliamente que los fonones que transportan calor se dispersan en las interfaces de van der Waals, lo que hace que la conductividad térmica de los haces de cintas sea la misma que la de cada cinta. Lo que descubrimos contrasta fuertemente con esta visión clásica. Mostramos que los fonones pueden cruzar estas interfaces sin estar dispersos, que mejora significativamente la conductividad térmica, "dijo Li. Además, los investigadores encontraron que podían controlar la conductividad térmica entre un valor alto y un valor bajo tratando la interfaz de los pares de nanocintas con diferentes soluciones.

La mejora es completamente reversible.

Uno de los aspectos notables del efecto que descubrió Li es que es reversible. Por ejemplo, cuando los investigadores humedecieron la interfaz de un par de nanocintas con alcohol isopropílico, presionarlos juntos y dejarlos secar, la conductividad térmica era la misma que la de una sola nanocinta. Sin embargo, cuando las mojaron con alcohol puro y las dejaron secar, se mejoró la conductividad térmica. Luego, cuando los volvieron a mojar con alcohol isopropílico, la conductividad térmica volvió a bajar al valor bajo original.

"Es muy difícil ajustar una propiedad fundamental de los materiales como la conductividad térmica y la conductividad térmica sintonizable demostrada hace que la investigación sea especialmente interesante, "Dijo Walker.

Una de las primeras áreas donde es probable que se aplique este nuevo conocimiento es en la gestión térmica de dispositivos microelectrónicos como chips de computadora. Hoy dia, miles de millones a billones de transistores se atascan en chips del tamaño de una uña. Estos chips generan tanto calor que uno de los principales factores de su diseño es evitar el sobrecalentamiento. De hecho, La gestión del calor es una de las principales razones detrás de los diseños de procesadores multinúcleo actuales.

"Una mejor comprensión del transporte térmico a través de las interfaces es la clave para lograr una mejor gestión térmica de los dispositivos microelectrónicos, "Dijo Li.

El descubrimiento puede mejorar el diseño de nanocomposites

Otra área en la que el hallazgo será importante es en el diseño de "nanocompuestos", materiales fabricados mediante la incorporación de aditivos de nanoestructura, como nanotubos de carbono, en un material huésped, como varios polímeros, que se están desarrollando para su uso en dispositivos electrónicos flexibles. materiales estructurales para vehículos aeroespaciales y una variedad de otras aplicaciones.