La surchauffe des appareils électroniques portables peut entraîner des brûlures cutanées et une dégradation des performances. Une équipe de recherche a mis au point une « interface de refroidissement radiatif douce et ultra-mince » à base de matériaux photoniques qui améliore considérablement la dissipation de la chaleur dans les dispositifs, avec une baisse de température de plus de 56°C.
Cette invention offre une alternative pour une gestion thermique efficace dans les appareils portables électroniques.
Les appareils électroniques similaires à la peau représentent un développement émergent dans les dispositifs portables, comme l’explique le Dr Yu Xinge, Professeur au Département d’Ingénierie Biomédicale (BME) à l’Université de Hong Kong (CityU). Une dissipation thermique efficace est essentielle pour maintenir une stabilité de détection et une bonne expérience utilisateur.
L’interface de refroidissement radiatif ultra-mince et douce, conçue à partir de matériaux photoniques, apporte une solution révolutionnaire pour un suivi confortable de la santé à long terme et des applications de réalité virtuelle et augmentée (VR/AR).
Surmonter les limites des technologies actuelles de dissipation thermique
La chaleur dans les appareils électroniques est capable d’être générée à la fois par des composants électroniques internes, lorsqu’un courant électrique traverse un conducteur (un processus connu sous le nom de chauffage Joule), et par des sources externes, comme la lumière du soleil et l’air chaud. Pour refroidir les appareils, les processus de transfert de chaleur radiatif et non radiatif peuvent jouer un rôle.
Cependant, les technologies actuelles reposent principalement sur des moyens non radiatifs pour dissiper la chaleur accumulée par le chauffage Joule. De plus, les matériaux utilisés sont généralement encombrants et rigides, offrant une portabilité limitée, ce qui entrave la flexibilité des appareils portables sans fil.
Une nouvelle interface de refroidissement
Pour pallier ces inconvénients, l’équipe de recherche a développé un revêtement polymère composite multifonctionnel avec une capacité de refroidissement à la fois radiatif et non radiatif sans utilisation d’électricité, avec des avancées en termes de portabilité et d’extensibilité.
Le revêtement de l’interface de refroidissement est composé de microsphères de dioxyde de silicium (SiO2) creuses, pour améliorer le rayonnement infrarouge, et de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de pigments fluorescents, pour augmenter la réflexion solaire. Il est mince, léger (environ 1.27g/cm2), et possède une robuste flexibilité mécanique.
Capacité de refroidissement éprouvée
Pour examiner sa capacité de refroidissement, l’interface de refroidissement a été revêtue de manière conforme sur un fil de résistance métallique – un composant typique provoquant une montée en température dans l’électronique. Avec une épaisseur de revêtement de 75 μm, la température du fil est passée de 140.5°C à 101.3°C, par rapport à un fil non revêtu avec un courant d’entrée de 0.5 A, et a baissé à 84.2°C avec une épaisseur de 600 μm, réalisant une baisse de température de plus de 56°C.
L’équipe a déposé une demande de brevet américain pour cette invention. Ils ont remporté une médaille d’or à la 48ème Exposition Internationale des Inventions de Genève avec leur projet « Technologie de Refroidissement pour l’Électronique Épidermique ».
L’équipe de recherche se concentrera ensuite sur des applications pratiques des interfaces de refroidissement pour une gestion thermique avancée des appareils électroniques portables dans les domaines de la surveillance de la santé, des communications sans fil et de la VR/AR.
En synthèse
La recherche sur le refroidissement des appareils électroniques portables a permis de faire une avancée significative grâce à l’invention d’une interface de refroidissement innovante. Bien que les défis subsistent, notamment en termes de production à grande échelle et d’adaptabilité à différentes formes de dispositifs, cette découverte représente une étape importante vers une meilleure gestion de la chaleur dans les appareils électroniques portables.
Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Science Advances sous le titre « Ultrathin, soft, radiative cooling interfaces for advanced thermal management in skin electronics ».
