Une solution pour refroidir efficacement l’électronique

Des chercheurs de la Chalmers University of Technology (Suède) ont conçu une méthode pour refroidir efficacement l’électronique en utilisant un film à base de graphène. Le film possèderait ainsi une capacité de conductivité thermique quatre fois plus élevée que celle du cuivre.

Par ailleurs, ce film en graphène peut être fixé sur des composants électroniques à base de silicium. Le rendement du film a été optimisé par rapport aux caractéristiques propres du graphène observées dans des expériences similaires.

Les systèmes électroniques actuellement sur le marché accumulent une grande quantité de chaleur, principalement en raison de la demande toujours croissante de fonctionnalités. Se "débarrasser" de l’excès de chaleur de manière efficace devient un impératif si l’on veut prolonger leur durée de vie. Cela conduirait également à une réduction considérable de la consommation d’énergie. Selon une étude américaine, la moitié environ de l’énergie requise pour faire fonctionner les serveurs informatiques, est utilisée uniquement à des fins de refroidissement.

Il y a quelques années, une équipe de chercheurs dirigée par Johan Liu, professeur à l’Université de technologie Chalmers, ont été les premiers à démontrer que le graphène pouvait avoir un effet de refroidissement sur l’électronique – silicium. A partir de là, ils ont commencé à mener des recherches poussées sur le refroidissement de l’électronique en utilisant le graphène.

"Les méthodes mises en place par les scientifiques présentaient jusqu’à maintenant des inconvénients", explique Johan Liu. "Il est devenu évident que ces méthodes ne pouvaient pas être utilisées pour extraire des appareils électroniques de grandes quantités de chaleur, parce cela se résumait à employer quelques couches d’atomes – conductrices thermiques. Lorsque vous tentez d’ajouter plusieurs couches de graphène, un autre problème survient, celui de l’adhérence. Après avoir augmenté le nombre de couches, le graphène n’adhère pas à la surface à cause de l’interaction électrique de faible intensité connue sous le nom de force de van der Waals".

"Nous avons maintenant résolu ce problème en réussissant à créer des liaisons covalentes fortes entre le film de graphène et la surface, qui est un composant électronique en silicium" poursuit-il.

Les interactions plus fortes résultent d’une propriété du graphène. Après avoir testé plusieurs additifs, les chercheurs de la Chalmers ont conclu qu’une addition de (3-aminopropyl) molécules triéthoxysilane (APTES) aboutissait le mieux, à l’effet escompté.

Les chercheurs ont démontré que la conductivité thermique du film à base de graphène, d’une épaisseur de 20 micromètres, pouvait atteindre une valeur de conductivité thermique de 1,600 W / mK, soit quatre fois celle du cuivre.

"Cette capacité thermique accrue pourrait conduire à plusieurs nouvelles applications pour le graphène" a précisé Johan Liu. "Des exemples d’intégration de films à base de graphène dans des dispositifs et systèmes microélectroniques, tels que les diodes électroluminescentes (LED), les lasers et les composants de radio fréquence à des fins de refroidissement. Il pourrait également ouvrir la voie à une électronique de puissance élevée et durable, plus rapide, plus petite, et plus économe en énergie."

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