Quiconque a quitté son téléphone portable dans une voiture chaude sait que l'électronique peut s'arrêter lorsqu'il surchauffe.
Désormais, les chercheurs du Nord-Est ont développé un nouveau composite léger en plastique léger qui mène de la chaleur et peut être utilisé pour refroidir plus efficacement l'électronique avancée.
« La gestion de la chaleur est un grand défi pour l'électronique de puissance et les appareils comme les antennes radar », explique le professeur Northeastern Randall Erb, chef de l'assemblage dirigé par l'université des particules et des suspensions (DAPS) Lab et chercheur principal sur le projet. « Lorsque l'électronique surchauffe, vous devez soit les ralentir, soit les éteindre. Cela pourrait être bien pour un téléphone, mais pas pour les systèmes critiques comme le radar. »
Des chercheurs du Nord-Est, en collaboration avec le US Army Research Laboratory, ont développé le matériau qui combine la céramique, les polymères et les additifs dans un composite plastique imprimée en 3D. Il a une structure interne unique, commandée à l'échelle nanométrique, qui permet de le déplacer facilement à travers la chaleur.
Le plastique peut sembler un choix étrange pour le refroidissement.
« Les plastiques sont normalement terribles pour mener une chaleur », explique Daniel Braconnier, un ancien doctorat. Étudiant dans le laboratoire d'Erb. « L'ajout de particules de céramique aide un peu, mais le plastique ralentit encore trop le flux de chaleur. »
La percée consistait à trouver un moyen d'organiser avec précision le matériau à chaque échelle – des molécules jusqu'à la partie imprimée. En utilisant l'impression 3D, l'équipe a soigneusement positionné les particules de céramique, puis a utilisé des étapes de chauffage spéciales pour faire pousser de minuscules ponts de polymère cristallin entre eux. Ce réseau connecté permet à la chaleur de voyager efficacement, ce qui rend le matériau encore plus conducteur thermique que l'acier inoxydable, tout en étant quatre fois plus léger.
« Ces propriétés peuvent permettre des performances beaucoup plus élevées dans de nombreux systèmes », explique ERB.
Alors que les matériaux métalliques comme l'acier inoxydable peuvent court-circuiter l'électronique s'ils les touchent, le nouveau matériau est un isolant électrique. Il ne bloque pas non plus les signaux de radiofréquence, ce qui signifie qu'il n'interférera pas avec les systèmes 5G ou Radar.
« Ces nouveaux matériaux peuvent couvrir et protéger les circuits sans provoquer de shorts électriques », poursuit ERB. « Ils aident à retirer la chaleur des dispositifs de télécommunications avancés sans bloquer leurs signaux. »
Cette avance est particulièrement importante car l'électronique devient plus petite et plus puissante, générant plus de chaleur dans les espaces restreints.
« L'industrie continue de faire pression pour une puissance plus élevée dans les petits packages, ce qui signifie que les appareils continuent de devenir plus chauds », explique Braconnier. Par exemple, il note qu'un processeur d'iPhone ne fonctionne souvent pas à pleine vitesse dans des conditions chaudes pour éviter la surchauffe.
L'équipe voit également le potentiel bien au-delà des téléphones.
« Les centres de données génèrent d'énormes quantités de chaleur et l'industrie n'a pas encore de solution durable », explique ERB. « Notre matériau ne le résoudra pas seul, mais il pourrait aider en fournissant une meilleure interface thermique avec des puces et d'autres systèmes de refroidissement. »
Ils regardent également les véhicules électriques, où les batteries surchauffées peuvent provoquer des incendies dangereux.
« Notre matériau pourrait être utilisé autour des cellules de la batterie pour se propager et éliminer la chaleur, aidant à prévenir les événements thermiques en fuite », explique Erb.
L'équipe s'efforce maintenant d'étendre la production du matériel en partenariat avec le US Army Research Laboratory.
