Nova pesquisa se concentra em manter os eletrônicos mais quentes de hoje resfriados para usuários em nível nanoescala #ÚltimasNotícias

Amy Marconnet, professora de engenharia mecânica, usa uma câmera infravermelha em seu laboratório no Birck Nanotechnology Center em Purdue. Sua pesquisa analisa novos métodos para gerenciar e reduzir o calor produzido dentro de muitos dos eletrônicos atuais. (Foto da Universidade de Purdue/Greta Bell)

WEST LAFAYETTE, Indiana — Manter os eletrônicos de hoje resfriados não é tão fácil quanto ligar um ventilador instalado na parte traseira de um computador de mesa. Usar qualquer coisa, de um smartphone a um veículo elétrico, resulta em alguma forma de produção de calor que eventualmente leva à deterioração do dispositivo.

Amy Marconnet, professora de engenharia mecânica na Universidade Purdue, está pesquisando a ampla gama de tecnologias atuais para desenvolver técnicas de resfriamento e gerenciamento térmico de eletrônicos com foco na redução do calor produzido, resultando potencialmente em melhor potência e uso do dispositivo.

Eletrônicos têm uma faixa estreita de temperatura onde podem funcionar eficientemente. Em uma era de tecnologia em constante evolução, há uma variedade de maneiras de manter os dispositivos resfriados, mesmo em um nível nanoescalar.

“No lado dos semicondutores, estamos principalmente buscando melhorar o gerenciamento térmico para permitir que a eletrônica funcione com potências mais altas”, disse Marconnet. “Com a eletrônica vestível, há controles de temperatura mais rígidos necessários porque ela está em contato direto com as pessoas o tempo todo ou quando está em uso e esquentando.”

Essa exigência resultou na pesquisa de materiais que podem transferir melhor o calor em um sistema para longe de onde ele está se acumulando, sem adicionar peso ou custos de fabricação ao dispositivo.

Marconnet disse que materiais de mudança de fase são uma opção em que sua pesquisa está se aprofundando. Os materiais fornecem gerenciamento térmico ao absorver ou liberar calor durante a transição entre fusão ou solidificação, dependendo das condições. Eles também estão sendo pesquisados ​​para a eletrônica de potência em veículos elétricos.

“Então, você pode ter os materiais derretendo enquanto você está, digamos, usando seus óculos de VR (realidade virtual)”, ela disse. “E então, quando você estiver recarregando seus óculos ou durante a noite, eles se solidificarão, e você poderá usar o dispositivo com maior intensidade no dia seguinte.”

Ao derreter, os materiais de mudança de fase absorvem o calor produzido, enquanto a solidificação libera o calor novamente. A Marconnet pesquisou recentemente o uso de uma liga metálica como material de mudança de fase dentro de um chip para manter o sistema compacto, mas eficaz. Este trabalho foi liderado pela aluna de pós-graduação da Marconnet, Meghavin Bhatasana.

O trabalho de Marconnet recebe financiamento de um consórcio de empresas como parte do Cooling Technologies Research Center em Purdue. Ela publicou artigos anteriores sobre graxas térmicas, um material pastoso que é colocado entre um chip de silício e os componentes de dispersão de calor no sistema.

As graxas térmicas eventualmente são “bombeadas para fora” da área entre os chips e outros componentes, fazendo com que um dispositivo como um computador tenha seu desempenho reduzido.

“Estamos tentando descobrir um método de teste rápido agora para identificar quais materiais terão bom desempenho e quais terão desempenho ruim sem ter que esperar um ano ou mais de uso real do sistema”, disse Marconnet.

O gerenciamento térmico também examina o papel que as baterias desempenham no acúmulo de calor, especialmente à medida que aumenta a demanda por cargas mais rápidas, principalmente em veículos elétricos.

Marconnet comparou o acúmulo de calor ao carregar a bateria de um dispositivo à luz de uma lâmpada incandescente. Enquanto você obtém luz útil da lâmpada, ela também esquenta. Ao carregar uma bateria, você também obtém energia útil, mas o calor é gerado pelas reações eletroquímicas da bateria. Então, enquanto parte da energia está sendo usada para as reações químicas que carregam a bateria, outra parte da energia é desperdiçada como calor no dispositivo.

Marconnet e Xiulin Ruan, um professor da Escola de Engenharia Mecânica, já trabalharam para estender a vida útil dos dispositivos criando uma espuma compressível que pode espalhar o calor acumulado, bem como oferecer isolamento contra temperaturas mais frias. O Purdue Innovates Office of Technology Commercialization entrou com um pedido de patente para isso.

Dois novos artigos sobre o trabalho de Marconnet sobre materiais de mudança de fase foram enviados e estão sob revisão.

A Purdue é líder nacional em pesquisa e educação envolvendo materiais de microeletrônica, dispositivos, design de chips, desenvolvimento de ferramentas, fabricação, embalagem e sustentabilidade, abrangendo o ecossistema de semicondutores em software e hardware com excelência de corpo docente de longa data. Iniciativas estratégicas — como o primeiro Programa de Graduação em Semicondutores abrangente e em larga escala, anunciado pela Purdue em 2022 — têm como objetivo preparar a próxima geração de trabalhadores da indústria de semicondutores, uma pedra angular para o avanço do campo.

Sobre a Universidade Purdue

A Purdue University é uma instituição pública de pesquisa que demonstra excelência em escala. Classificada entre as 10 melhores universidades públicas e com duas faculdades entre as quatro melhores dos Estados Unidos, a Purdue descobre e dissemina conhecimento com qualidade e em uma escala inigualáveis. Mais de 105.000 alunos estudam na Purdue em todas as modalidades e locais, incluindo quase 50.000 pessoalmente no campus de West Lafayette. Comprometida com a acessibilidade e o preço acessível, o campus principal da Purdue congelou as mensalidades por 13 anos consecutivos. Veja como a Purdue nunca para na busca persistente pelo próximo salto gigante — incluindo seu primeiro campus urbano abrangente em Indianápolis, a Mitch Daniels School of Business, a Purdue Computes e a iniciativa One Health — em https://www.purdue.edu/president/strategic-initiatives.

Papéis

Investigação experimental de dissipadores de calor de material de mudança de fase composto para gerenciamento térmico passivo aprimorado
Revista ASME de Transferência de Calor e Massa
DOI: https://doi.org/10.1115/1.4048620

Estratégias de otimização assistidas por aprendizado de máquina para materiais de mudança de fase incorporados em pacotes eletrônicos
Engenharia Térmica Aplicada
Português DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117384

Otimização de uma estratégia de resfriamento de material de mudança de fase incorporada usando aprendizado de máquina
2021 20ª Conferência Intersocietária IEEE sobre Fenômenos Térmicos e Termomecânicos em Sistemas Eletrônicos (iTherm)
Português DOI: https://doi.org/10.1109/ITherm51669.2021.9503128