Il materiale fotonico ultrasottile raffredda i dispositivi elettronici indossabili

Il materiale fotonico ultrasottile raffredda i dispositivi elettronici indossabili: il surriscaldamento dei dispositivi elettronici indossabili simili alla pelle aumenta il rischio di ustioni cutanee e provoca un degrado delle prestazioni. Un gruppo di ricerca guidato daUniversità della città di Hong Kong (CityU)ha inventato una “interfaccia morbida, ultrasottile e con raffreddamento radiativo” basata su materiale fotonico che migliora notevolmente la dissipazione del calore nei dispositivi, con cadute di temperatura superiori a 56°C, offrendo un’alternativa per un’efficace gestione termica nell’elettronica indossabile avanzata.

"L'elettronica simile alla pelle è uno sviluppo emergente nei dispositivi indossabili", ha affermatoIl dottor Yu Xinge , Professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica (BME) della CityU, che ha co-diretto la ricerca. “Un’efficace dissipazione termica è fondamentale per mantenere la stabilità del rilevamento e una buona esperienza utente. La nostra interfaccia ultrasottile, morbida e con raffreddamento radiativo, realizzata in materiale fotonico appositamente progettato, fornisce una soluzione rivoluzionaria per consentire un monitoraggio sanitario confortevole a lungo termine e applicazioni di realtà virtuale e aumentata (VR/AR).

Nei dispositivi elettronici, il calore può essere generato sia da componenti elettronici interni, quando una corrente elettrica passa attraverso un conduttore, un processo noto come riscaldamento Joule, sia da fonti esterne, come la luce solare e l'aria calda. Per raffreddare i dispositivi, sia radiativi (cioè radiazione termica – emissione di energia termica dalla superficie del dispositivo) che non radiativi (cioè convezione e conduzione – perdono calore allo strato di aria ferma attorno al dispositivo e attraverso il contatto diretto con un oggetto freddo ) i processi di trasferimento del calore possono svolgere un ruolo.

Tuttavia, le attuali tecnologie si basano principalmente su mezzi non radiativi per dissipare il calore Joule accumulato. Inoltre, i materiali sono solitamente ingombranti e rigidi e offrono una portabilità limitata, ostacolando la flessibilità dei dispositivi indossabili wireless.

Per superare queste carenze, il gruppo di ricerca ha sviluppato un rivestimento polimerico composito multifunzionale con capacità di raffreddamento sia radiativa che non radiativa senza l’utilizzo di elettricità e con progressi in termini di vestibilità ed elasticità.

Il rivestimento dell'interfaccia di raffreddamento è composto da microsfere cave di biossido di silicio (SiO2), per migliorare la radiazione infrarossa, e nanoparticelle di biossido di titanio (TiO2) e pigmenti fluorescenti, per migliorare la riflessione solare. Ha uno spessore inferiore a un millimetro, è leggero (circa 1,27 g/cm2) e presenta una robusta flessibilità meccanica.

Il materiale fotonico ultrasottile raffredda i dispositivi elettronici indossabili: quando il calore viene generato in un dispositivo elettronico, scorre verso lo strato di interfaccia di raffreddamento e si dissipa nell'ambiente sia attraverso la radiazione termica che la convezione dell'aria. Lo spazio aperto sopra lo strato di interfaccia fornisce un dissipatore di calore più fresco e un ulteriore canale di scambio termico. L'interfaccia mostra anche un'eccellente capacità anti-interferenza ambientale grazie alla sua minore conduttività termica, che la rende meno suscettibile alle fonti di calore ambientali che potrebbero influenzare l'effetto di raffreddamento e le prestazioni dei dispositivi.

Per esaminarne la capacità di raffreddamento, lo strato di interfaccia di raffreddamento è stato rivestito in modo conforme su un filo di resistenza metallico, un tipico componente che causa un aumento di temperatura nei componenti elettronici. Con uno spessore del rivestimento di 75 μm, la temperatura del filo è scesa da 140,5°C a 101,3°C, rispetto al filo non rivestito con una corrente di ingresso di 0,5 A, ed è scesa a 84,2°C con uno spessore di 600 μm, ottenendo un calo di temperatura superiore a 56°C.

"È necessario mantenere la temperatura del dispositivo al di sotto dei 44°C per evitare ustioni alla pelle", ha affermato il dottor Yu. “La nostra interfaccia di raffreddamento può raffreddare il filo resistivo da 64,1°C a 42,1°C con un rivestimento di 150 μm di spessore.”

Grazie all'efficiente capacità di raffreddamento radiativo passivo e al sofisticato design termico non radiativo, le prestazioni di diversi dispositivi elettronici cutanei sviluppati dal team sono migliorate in modo significativo, inclusa l'efficienza del trasferimento di potenza wireless ai diodi emettitori di luce (LED) e la stabilità del segnale della pelle. sensore wireless interfacciato in presenza di ostacoli ambientali (ad esempio luce solare, vento caldo e acqua).