Grâce à la conception bionique des PCM composites à base d'aérogel de type réseau neuronal, l'absorption des micro-ondes et la gestion thermique sont augmentées, et dans les climats plus froids, la conversion solaire-thermique peut être utilisée pour chauffer les appareils pour un démarrage normal et maintenir l'appareil se rapproche d'une température de performance optimale. Crédit : Université normale de Pékin et Université des sciences et technologies de Pékin
Des chercheurs de l'Université normale de Pékin ont développé un matériau de blindage avancé pour les appareils électroniques qui améliore la gestion thermique, la conversion solaire-thermique et l'absorption des micro-ondes, ce qui s'avère prometteur pour l'amélioration des performances et de la sécurité dans l'électronique complexe.
À mesure que les appareils électroniques évoluent, ils sont conçus pour remplir un éventail croissant de fonctions, ce qui est évident dans les objets du quotidien comme les téléphones, les tablettes et les montres, ainsi que dans les appareils industriels. Cependant, cette complexité accrue peut entraîner des problèmes de performances et de sécurité. Des problèmes tels que la surchauffe des appareils ou les émissions de micro-ondes peuvent non seulement présenter des risques pour la santé, mais également diminuer les performances et perturber le fonctionnement d'autres appareils.
Des scientifiques chinois de l'Université normale de Pékin ont travaillé sur la construction d'un blindage pour les appareils électroniques à l'aide de matériaux composites à changement de phase (PCM) multifonctionnels afin de résoudre ces problèmes de performances. Les PCM sont des matériaux artificiels construits en combinant différents types d'éléments, permettant la création d'un nouveau matériau doté de caractéristiques très spécifiques. Dans ce cas, les chercheurs cherchent à améliorer la gestion thermique, la conversion solaire-thermique et l’absorption des micro-ondes dans les appareils électroniques.
En utilisant une ingénierie inspirée des systèmes biologiques et une conception bionique, ils ont construit un aérogel inspiré d’un réseau neuronal qui augmente l’efficacité de la gestion thermique et l’absorption des émissions de micro-ondes.
Résultats de la recherche et applications
« Nos PCM composites fonctionnellement intégrés développés offrent une application prospective de dispositifs électroniques hautement intégrés et miniaturisés dans des environnements extérieurs complexes et changeants », a déclaré Xiao Chen, chercheur à l'Institut des matériaux avancés de l'Université normale de Pékin, en Chine.
Cette recherche a été publiée le 3 avril dans Recherche sur les nanoénergies.
Pour garantir qu'il possède les propriétés nécessaires (gestion thermique améliorée qui optimise la dissipation et le stockage de la chaleur, conversion solaire-thermique qui permet aux appareils de chauffer pour un démarrage normal dans des environnements froids et absorption des micro-ondes), les chercheurs ont choisi très soigneusement les éléments qui serait incorporé dans leur nouveau bouclier d'aérogel. Compte tenu des contraintes d'espace, ils ne pouvaient pas superposer les différents matériaux. Ils devaient donc créer un nouveau matériau composite doté de toutes les propriétés nécessaires.
Composition et caractéristiques du matériau
Les chercheurs savaient que « les PCM thermiquement améliorés ont la capacité de stocker et de libérer une énergie massive sous forme de chaleur latente ; ils sont largement reconnus pour leur capacité à assurer un contrôle précis de la température », a déclaré Yang Li, premier auteur de l'article et chercheur à l'Institut de recherche. Matériaux avancés, Université normale de Pékin, Pékin, Chine. Ces composites peuvent subir un changement de phase à mesure que la température augmente du solide au liquide, ce qui augmente le stockage de chaleur disponible, et lorsque la température refroidit, le liquide redevient solide. Cependant, bien que les PCM purs ne soient pas prometteurs en matière de conversion solaire-thermique, « la cellulose bactérienne (BC) est une biomasse naturelle hautement recherchée en raison de ses nombreux avantages, notamment la biodégradabilité, le faible coût, la haute pureté, la renouvelabilité, la modification facile et la fonctionnalisation. Les nanofibres de carbone dérivées de la Colombie-Britannique par carbonisation à haute température ont été considérées comme un matériau solaire thermique prometteur.
Un autre élément serait utilisé pour aborder la question des émissions de micro-ondes. « L'intérêt récent pour l'absorption des micro-ondes s'est concentré sur les structures métallo-organiques en raison de leur porosité exceptionnelle, de leur structure de pores ajustable et de leur surface spécifique élevée », a déclaré Ge Wang, de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'Université des sciences et technologies de Pékin. Chine. « De nombreuses études ont démontré qu'une structure de réseau poreux fournit non seulement une grande surface spécifique pour absorber les PCM, mais dissipe également l'énergie micro-onde par diffusion ou réflexions multiples. »
Enfin, le matériau a été enveloppé dans de la cire de paraffine, qui peut subir un changement de phase, comme méthode de stockage thermique. Le matériau final a ensuite été testé pour voir dans quelle mesure l’aérogel hybride composite conservait les caractéristiques souhaitées.
Lors des tests de conversion solaire-thermique visant à déterminer dans quelle mesure le composite pouvait stocker l'énergie solaire pour chauffer un appareil dans des climats plus froids, les PCM composites à base d'aérogel ont montré une absorption de plus de 90 % du haut débit et du spectre lumineux complet. Il a converti l'énergie solaire en énergie thermique avec un rendement supérieur à 95 % et a montré une capacité de stockage thermique de 122,19 J/g. Enfin, lorsque l’absorption des micro-ondes a été testée, les ondes électromagnétiques incidentes ont été efficacement absorbées par les PCM composites à base d’aérogel.
Les chercheurs ont conclu : « Nos PCM composites à base d'aérogel intégrés, de haute performance et fonctionnels, fabriqués bioniquement, avec des fonctions de gestion thermique, de conversion solaire-thermique et d'absorption des micro-ondes, montrent une bonne application prospective pour surmonter la surchauffe ou le refroidissement excessif et les EMI des appareils électroniques », a déclaré Xiao Chen. .
Ce travail a été soutenu financièrement par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.
