Material fotônico ultrafino tira o calor dos eletrônicos pessoais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/10/2023

Parece um guardanapo, mas é uma interface ultrafina e macia de resfriamento radiativo.
[Imagem: Li J. et al - 10.1126/sciadv.adg1837]

Resfriamento radiativo de eletrônicos

O que, à primeira vista, parece ser algo tão simples quanto um guardanapo de papel, na verdade é uma interface capaz de retirar o calor dos aparelhos eletrônicos cada vez mais finos e flexíveis.

É uma interface ultrafina e macia que aumenta a dissipação de calor dos dispositivos eletrônicos por meio do resfriamento radiativo, ou refrigeração passiva, que manda o calor para o frio do espaço.

"Os eletrônicos semelhantes à pele são um desenvolvimento emergente entre os dispositivos vestíveis," explica o professor Yu Xinge, da Universidade Cidade de Hong Kong. "A dissipação térmica eficaz é crucial para manter a estabilidade da detecção e uma boa experiência do usuário. Nossa interface de resfriamento radiativo ultrafina e macia, feita de material fotônico especialmente projetado, fornece uma solução revolucionária para permitir um monitoramento da saúde confortável e de longo prazo, e o monitoramento de aplicações virtuais e de realidade aumentada (RV/RA)."

Nos dispositivos eletrônicos, o calor é tipicamente gerado pelos componentes eletrônicos internos, quando a corrente elétrica passa por eles e enfrenta a resistência do material, um processo conhecido como aquecimento Joule. Lidamos com isso providenciando uma transferência de calor não-radiativa, ou seja, por meio da convecção e da condução, transferindo o calor para a camada de ar parado ao redor do dispositivo e ou através do seu contato direto com um objeto mais frio, tipicamente um dissipador.

As tecnologias vestíveis, contudo, trouxeram uma preocupação adicional: O calor absorvido de fontes externas, como a luz solar e o ar quente. Para esses casos, o resfriamento radiativo é uma opção mais vantajosa, reemitindo a energia térmica da superfície do dispositivo para a atmosfera.

Esse é o papel da nova interface criada pelos pesquisadores.

Processos de troca térmica em eletrônicos vestíveis, incluindo as dissipações radiativas e não radiativas.
[Imagem: Li J. et al - 10.1126/sciadv.adg1837]

Interface de radiação térmica

A interface de resfriamento é um material fino composto por microesferas ocas de dióxido de silício (SiO₂), para melhorar a irradiação na faixa do infravermelho, e nanopartículas de dióxido de titânio (TiO₂) e pigmentos fluorescentes, para melhorar a reflexão solar.

Com menos de um milímetro de espessura, a interface é leve (cerca de 1,27g/cm²) mas altamente resistente à flexibilidade mecânica, o que a torna adequada para ser usada como um revestimento, facilmente aplicável a qualquer dispositivo.

Quando o aparelho aquece, o calor flui para a camada de interface de resfriamento e se dissipa para o ambiente através de radiação térmica e convecção do ar. O espaço aberto acima da camada de interface funciona como um dissipador de calor mais frio e um canal adicional de troca térmica. A interface também apresenta excelente capacidade anti-interferência ambiental, devido à sua menor condutividade térmica, tornando-a menos suscetível a fontes de calor ambientais que afetariam o efeito de resfriamento e o desempenho dos dispositivos que ela visa resfriar.

Nos testes com equipamentos comuns, um revestimento com espessura de 75 micrômetros (µm) fez a temperatura de uma resistência metálica cair de 140,5 °C para 101,3 °C. Com uma espessura de 75 µm, o calor caiu dos mesmos 140,5 °C para 84,2°C.

Em um equipamento vestível, que deve ter contato com a pele humana sem provocar queimaduras, um revestimento com 75 µm fez a temperatura cair de 64,1 ºC to 42,1 ºC.

A seguir, a equipe se concentrará em aplicações práticas das interfaces de resfriamento para gerenciamento térmico avançado de eletrônicos vestíveis nos campos de monitoramento de saúde, comunicações sem fio e RV/RA.

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