Графеновая пена динамически контролирует температуру электронных устройств

По мере того, как электронные устройства становятся меньше и мощнее, регулирование их температуры становится все более важной задачей. Широко используемый пассивный теплоотвод никак не регулируется и не помогает в холодных или жарких условиях окружающей среды.

Различные варианты тепловых переключателей, предлагаемых некоторыми исследователями, также страдают от неспособности подстраиваться под меняющиеся температуры, имеют малую скорость коммутации и плохо масштабируются.

Перспективное решение было предложено инженерами Университета Пердью (штат Индиана) в статье для Nature Communications. Они создали плавно регулируемый термовыключатель на основе сжимаемой композитной пены графена.

Графеновая пена — это коммерчески доступный продукт, который состоит из наночастиц углерода, разделяемых небольшими воздушными пустотами. В исходном виде пена действует как изолятор, а воздушные карманы удерживают тепло. Но при физическом сжатии воздух выходит, и через пену выводится больше тепла. Регулируя степень сжатия пены можно точно настроить её теплопередачу.

Исследователи из Пердью зажали образец графеновой пены толщиной 1,2 мм между нагревателем и радиатором и поместили его под инфракрасный микроскоп для измерения температуры и теплового потока. При полном сжатии пены до толщины 0,2 мм теплопроводность увеличилась в 8 раз. Эксперимент был продолжен в камере, которая создавала различные условия окружающей среды, и принёс аналогичные результаты при внешних температурах от 0 до 30 градусов Цельсия.

Будучи всего лишь проверкой концепции, эксперимент наглядно показал, что эта форма динамического управления температурой имеет перспективы применения не только в сотовых телефонах. Подобный «переменный тепловой резистор» является многообещающим для динамического терморегулирования аккумуляторных батарей, кондиционирования помещений и транспортных средств, аккумулирования тепловой энергии. Его можно использовать даже в космических аппаратах и в биомедицинских устройствах.

Управление коммерциализации технологий Исследовательского фонда Пердью уже подало заявку на патент, защищающий технологии термопереключения.