Алмазні мембрани знизили нагрівання електроніки і прискорили зарядку акумуляторів

Німецькі та американські вчені запропонували спосіб, що дозволяє швидко знизити нагрів електронної техніки, а також у кілька разів прискорити зарядку акумуляторів. Таких вражаючих результатів дослідники досягли за допомогою єдиного нововведення.

Вся цифрова електроніка виділяє тепло завдяки роботі транзисторів, які відіграють роль перемикача, зупиняють електричний струм або дозволяють йому текти. Тобто тепло — побічний продукт вироблення енергії. Якщо не позбавитися «зайвого» тепла, пристрій може перегрітися і вийти з ладу. Тому компоненти електроніки потребують систем охолодження, які найчастіше представлені радіаторами. Зазвичай їх виробляють з мідних та алюмінієвих пластин, що мають високу теплопровідність.

Однак ці метали мають велику проблему. Вони добрі провідники електрики. Щоб знизити їх електропровідність, між металом і компонентом роблять електроізолюючий оксидний або тонкий нітридний шар. Але і тут є свій недолік — погана провідність тепла.

Вчені вже давно намагаються знайти матеріал на заміну проміжного шару, який мав би хорошу теплопровідність. Це вдалося зробити у групи фізиків під керівництвом Маттіаса Мюле ( Matthias Mühle ) з найбільшого європейського об’єднання інститутів прикладних досліджень Товариство Фраунгофера, а також їхніх колег зі США. Паличкою-виручалочкою став алмаз. 

Алмазне тепловідведення тільки починають знаходити застосування у виробах електроніки. Їх головний плюс — вони мають здатність розсіювання набагато більшої питомої теплової потужності, ніж у звичайних тепловідвідних матеріалів. Але алмазне тепловідведення мають товщину понад два міліметри, тому їх складно встановити на маленькі електронні компоненти.

Мюле та його команда розробила гнучкі наномембрани із синтетичних алмазів, які тонші за людську волосину (товщина менша за мікрометр). За словами розробників, їхній матеріал можна вбудувати практично в будь-які електронні компоненти, він зможе обережно нагрівати елементи до 80 градусів за Цельсієм.

Фізики зазначили, що їх гнучкі електроізолюючі наномембрани можуть знизити теплове навантаження електронних компонентів у 10 разів, що, звичайно ж, підвищить енергоефективність та термін служби не лише самих компонентів, а й усього пристрою, в якому вони містяться. Ще одна перевага таких наномембран — при використанні в зарядних станціях, наприклад для електромобілів, вони можуть збільшити швидкість зарядки в п’ять разів.

«Поки що наша головна мета – електромобілі. Розрахунки показують, що ці наномембрани можна використовувати для охолодження енергетичної електроніки, пов’язаної із перетворенням електричної енергії», — пояснив Мюле.

Вчені вже подали заяву на отримання патенту і найближчим часом розпочнуть прикладні дослідження: зазнають алмазних наномембран в електромобілях і телекомунікаційних системах. У разі успішних випробувань розробники планують налагодити промислове виробництво своїх виробів, що охолоджують.