I mammiferi sudano per regolare la temperatura corporea, e i ricercatori della Shanghai Jiao Tong University in Cina stanno esplorando se i nostri telefoni potrebbero fare lo stesso. In uno studio pubblicato il 22 gennaio sulla rivista Joule , gli autori presentano un rivestimento per l'elettronica che rilascia vapore acqueo per dissipare il calore dai dispositivi in ​​funzione, un nuovo metodo di gestione termica che potrebbe impedire il surriscaldamento dell'elettronica e mantenerla più fresca rispetto alle strategie esistenti.

"Lo sviluppo della microelettronica pone grandi esigenze a tecniche di gestione termica efficienti, perché tutti i componenti sono ben imballati e le patatine possono diventare molto calde, ", afferma l'autore senior Ruzhu Wang, che studia ingegneria della refrigerazione alla Shanghai Jiao Tong University. "Per esempio, senza un efficace sistema di raffreddamento, i nostri telefoni potrebbero avere un guasto al sistema e bruciarci le mani se li eseguiamo per molto tempo o carichiamo una grande applicazione."

I dispositivi più grandi come i computer utilizzano le ventole per regolare la temperatura. Però, i fan sono ingombranti, rumoroso, e consumano energia e quindi non sono adatti a dispositivi più piccoli come i telefoni cellulari. I produttori hanno utilizzato materiali a cambiamento di fase (PCM), come cere e acidi grassi, per il raffreddamento nei telefoni. Questi materiali possono assorbire il calore prodotto dai dispositivi quando si sciolgono. Però, la quantità totale di energia scambiata durante la transizione solido-liquido è relativamente bassa.

In contrasto, la transizione liquido-vapore dell'acqua può scambiare 10 volte l'energia rispetto a quella della transizione solido-liquido PCM. Ispirato al meccanismo di sudorazione dei mammiferi, Wang e il suo team hanno studiato un gruppo di materiali porosi che potrebbero assorbire l'umidità dall'aria e rilasciare vapore acqueo quando riscaldati. Tra loro, le strutture metalliche organiche (MOF) erano le più promettenti perché potevano immagazzinare una grande quantità di acqua e quindi togliere più calore quando riscaldate.

"In precedenza, i ricercatori hanno cercato di utilizzare i MOF per estrarre l'acqua dall'aria del deserto, " dice Wang. "Ma i MOF sono ancora molto costosi, quindi l'applicazione su larga scala non è davvero pratica. Il nostro studio mostra che il raffreddamento dell'elettronica è una buona applicazione nella vita reale dei MOF. Abbiamo usato meno di 0,3 grammi di materiale nel nostro esperimento, e l'effetto di raffreddamento che ha prodotto è stato significativo."

Il team ha selezionato un tipo di MOF chiamato MIL-101(Cr) per l'esperimento a causa della sua buona capacità di assorbimento dell'acqua e dell'elevata sensibilità ai cambiamenti di temperatura. Hanno rivestito tre fogli di alluminio da 16 centimetri quadrati con MIL-101 (Cr) di diversi spessori:198, 313, e 516 micrometri, rispettivamente, e li ho scaldati su una piastra calda.

Il team ha scoperto che il rivestimento MIL-101Cr era in grado di ritardare l'aumento della temperatura dei fogli, e l'effetto aumenta con lo spessore del rivestimento. Mentre un foglio non patinato ha raggiunto i 60°C dopo 5,2 minuti, il rivestimento più sottile ha raddoppiato il tempo e non ha raggiunto la stessa temperatura fino a 11,7 minuti. La lastra con il rivestimento più spesso ha raggiunto i 60°C dopo 19,35 minuti di riscaldamento.

"Oltre al raffreddamento efficace, MIL-101 (Cr) può recuperare rapidamente assorbendo nuovamente l'umidità una volta rimossa la fonte di calore, proprio come i mammiferi si reidratano e sono pronti a sudare di nuovo, " dice Wang. "Allora, questo metodo è davvero adatto per dispositivi che non sono sempre in esecuzione, come i telefoni, carica batterie e stazioni base per telecomunicazioni, che a volte può essere sovraccaricato."

Per studiare l'effetto di raffreddamento di MIL-101(Cr) sui dispositivi reali, Wang e il suo team hanno testato un dissipatore di calore rivestito su un dispositivo di microcalcolo. Rispetto a un dissipatore di calore non rivestito, quello rivestito ha ridotto la temperatura del chip fino a 7°C quando il dispositivo è stato utilizzato a carichi di lavoro pesanti per 15 minuti.

Guardare avanti, il team prevede di migliorare la conduttività termica del materiale. "Una volta che tutta l'acqua è andata, il rivestimento essiccato diventerà una resistenza che influirà sulla dissipazione del calore dei dispositivi", afferma il primo autore Chenxi Wang. Incorporare additivi conduttivi termici come il grafene nel materiale può aiutare a risolvere il problema, lui dice.

Prima che i produttori possano installare questo sistema di raffreddamento sui nostri telefoni, il costo è un grosso problema, Ruzhu Wang dice. "Trovando i MOF un'applicazione pratica, speriamo di aumentare la domanda del mercato per loro e incoraggiare ulteriori ricerche sui MOF per ridurre i costi."