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Des écrans thermiques extrêmement fins pourraient être jusqu'à 50 000 fois plus fins que les matériaux isolants utilisés actuellement dans les téléphones portables et les ordinateurs portables – Newstrotteur

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L’excès de chaleur dégagé par les smartphones, les ordinateurs portables et d’autres appareils électroniques peut être gênant, mais au-delà, il contribue à des dysfonctionnements et, dans des cas extrêmes, peut même faire exploser des batteries au lithium.

Pour se protéger de tels maux, les ingénieurs insèrent souvent du verre, du plastique ou même des couches d’air comme isolant afin d’empêcher les composants générant de la chaleur, tels que les microprocesseurs, d’endommager ou de gêner les utilisateurs.

Des chercheurs de Stanford ont maintenant montré que quelques couches de matériaux atomiquement minces, empilées comme des feuilles de papier au sommet de points chauds, pouvaient fournir la même isolation qu'une feuille de verre 100 fois plus épaisse. À court terme, des écrans thermiques plus minces permettront aux ingénieurs de rendre les appareils électroniques encore plus compacts que ceux d’aujourd’hui, a déclaré Eric Pop, professeur de génie électrique et auteur principal d’un article publié le 16 août dans Progrès de la science.

"Nous examinons la chaleur dans les appareils électroniques d'une manière totalement nouvelle", a déclaré Pop.

Détecter le son sous forme de chaleur

La chaleur que nous ressentons des smartphones ou des ordinateurs portables est en fait une forme inaudible de son haute fréquence. Si cela semble fou, considérons la physique sous-jacente. L'électricité circule à travers les fils sous forme de flux d'électrons. Lorsque ces électrons se déplacent, ils entrent en collision avec les atomes des matériaux par lesquels ils passent. A chaque collision, un électron fait vibrer un atome, et plus le courant circule, plus il y a de collisions, jusqu'à ce que les électrons battent sur les atomes comme autant de marteaux sur autant de cloches – sauf que cette cacophonie de vibrations se déplace à travers le matériau solide à des fréquences bien au-dessus du seuil de l'audition, générant une énergie que nous ressentons comme de la chaleur

Penser à la chaleur comme une forme de son a poussé les chercheurs de Stanford à emprunter certains principes au monde physique. De son temps de DJ radio à KZSU 90.1 FM de Stanford, Pop savait que les studios d’enregistrement de musique étaient silencieux grâce à de larges fenêtres en verre qui bloquent le son extérieur. Un principe similaire s'applique aux écrans thermiques dans l'électronique d'aujourd'hui. Si une meilleure isolation était leur seul souci, les chercheurs pourraient simplement emprunter le principe du studio de musique et épaissir leurs barrières thermiques. Mais cela entraverait les efforts visant à rendre l'électronique plus mince. Leur solution consistait à emprunter un tour aux propriétaires, qui installent des fenêtres à carreaux multiples – généralement des couches d’air entre différentes feuilles de verre de différentes épaisseurs – afin de rendre les intérieurs plus chauds et plus calmes.

"Nous avons adapté cette idée en créant un isolant utilisant plusieurs couches de matériaux atomiquement minces au lieu d'une épaisse masse de verre", a déclaré le chercheur postdoctoral Sam Vaziri, principal auteur du journal.

Les matériaux atomiquement minces sont une découverte relativement récente. Il y a à peine 15 ans, les scientifiques ont pu isoler certains matériaux en couches aussi minces. Le premier exemple découvert est le graphène, qui est une couche unique d'atomes de carbone et, depuis sa découverte, les scientifiques ont recherché et expérimenté d'autres matériaux en forme de feuille. L’équipe de Stanford a utilisé une couche de graphène et trois autres matériaux en forme de feuille, d’une épaisseur de trois atomes chacun, pour créer un isolant à quatre couches d’une profondeur de 10 atomes seulement. Malgré sa finesse, l'isolant est efficace car les vibrations de la chaleur atomique sont amorties et perdent une grande partie de leur énergie lorsqu'elles traversent chaque couche.

Pour rendre les boucliers thermiques nanométriques plus pratiques, les chercheurs devront trouver une technique de production de masse permettant de pulvériser ou de déposer de toute autre manière des couches minces de matériaux de atome sur des composants électroniques au cours de la fabrication. Mais l'objectif immédiat de développer des isolateurs plus minces laisse présager une ambition plus grande: les scientifiques espèrent pouvoir un jour contrôler l'énergie vibratoire dans les matériaux, comme ils contrôlent désormais l'électricité et la lumière. Au moment où ils comprennent la chaleur des objets solides comme une forme de son, un nouveau domaine de la phononique est en train de naître, un nom empruntant à la racine grecque qui se cache derrière téléphone, phonographe et phonétique.

"En tant qu'ingénieurs, nous savons beaucoup de choses sur la manière de contrôler l'électricité. La lumière s'améliore, mais nous commençons tout juste à comprendre comment manipuler le son haute fréquence qui se manifeste sous forme de chaleur à l'échelle atomique, "Pop a dit.

Eric Pop est membre du Precourt Institute for Energy. Les auteurs de Stanford comprennent les anciens boursiers postdoctoraux Eilam Yalon et Miguel Muñoz Rojo, ainsi que les étudiants diplômés Connor McClellan, Connor Bailey, Kirby Smithe, Alexander Gabourie, Victoria Chen, Sanchit Deshmukh et Saurabh Suryavanshi. Les autres auteurs sont issus de Theiss Research et de l’Institut national des normes et de la technologie.

Cette recherche a été financée par le Centre de nanofabrication de Stanford, le Centre de nano partagés de Stanford, la Fondation nationale des sciences, la Corporation de recherche sur les semi-conducteurs de la Défense, le Bureau de la recherche scientifique de la Force aérienne, le Bureau de la recherche scientifique de la Force aérienne, la Stanford SystemX Alliance, la Knut et Alice. Fondation Wallenberg, le programme de bourses d’études supérieures de Stanford et l’Institut national des normes et de la technologie.

Source de l'histoire:

Matériaux fourni par Université de Stanford. Original écrit par Tom Abate. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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