Ультратонкий фотонный материал охлаждает носимую электронику

Ультратонкий фотонный материал охлаждает носимую электронику. Перегрев носимых электронных устройств, похожих на кожу, увеличивает риск ожога кожи и приводит к снижению производительности. Исследовательская группа под руководствомГородской университет Гонконга (CityU)изобрела «мягкий, ультратонкий интерфейс с радиационным охлаждением» на основе фотонных материалов, который значительно улучшает рассеивание тепла в устройствах при перепаде температур более 56°C, предлагая альтернативу эффективному терморегулированию в современной носимой электронике.

«Кожеподобная электроника — это новая разработка в области носимых устройств», — сказал он.Доктор Ю Синге , доцент кафедры биомедицинской инженерии (BME) CityU, который был одним из руководителей исследования. «Эффективное рассеивание тепла имеет решающее значение для поддержания стабильности чувствительности и удобства использования. Наш ультратонкий, мягкий интерфейс с радиационным охлаждением, изготовленный из специально разработанного фотонного материала, представляет собой революционное решение, обеспечивающее комфортный долгосрочный мониторинг состояния здоровья, а также приложения виртуальной и дополненной реальности (VR/AR)».

В электронных устройствах тепло может генерироваться как внутренними электронными компонентами, когда электрический ток проходит через проводник (процесс, известный как джоулевый нагрев), так и внешними источниками, такими как солнечный свет и горячий воздух. Для охлаждения устройств, как радиационного (т.е. теплового излучения – выделение тепловой энергии с поверхности устройства), так и нерадиационного (т.е. конвекции и кондукции – потери тепла в слой неподвижного воздуха вокруг устройства и при прямом контакте с холодным объектом). ) роль могут играть процессы теплопередачи.

Однако современные технологии в основном полагаются на безызлучательные средства рассеивания накопленного джоулева тепла. Более того, материалы обычно громоздкие и жесткие и обеспечивают ограниченную портативность, что ограничивает гибкость беспроводных носимых устройств.

Чтобы преодолеть эти недостатки, исследовательская группа разработала многофункциональное композитное полимерное покрытие, обладающее как радиационной, так и нерадиационной охлаждающей способностью без использования электричества, а также улучшенной износостойкостью и растяжимостью.

Покрытие охлаждающего интерфейса состоит из полых микросфер диоксида кремния (SiO2) для улучшения инфракрасного излучения, а также наночастиц диоксида титана (TiO2) и флуоресцентных пигментов для улучшения отражения солнечного света. Его толщина составляет менее миллиметра, он легкий (около 1,27 г/см2) и обладает прочной механической гибкостью.

Ультратонкий фотонный материал охлаждает носимую электронику: когда тепло генерируется в электронном устройстве, оно течет к охлаждающему интерфейсному слою и рассеивается в окружающую среду посредством теплового излучения и конвекции воздуха. Открытое пространство над интерфейсным слоем обеспечивает более холодный радиатор и дополнительный канал теплообмена. Интерфейс также демонстрирует превосходную защиту от внешних помех благодаря своей более низкой теплопроводности, что делает его менее восприимчивым к источникам тепла из окружающей среды, которые могут повлиять на эффект охлаждения и производительность устройств.

Чтобы проверить его охлаждающую способность, охлаждающий интерфейсный слой был конформно нанесен на металлическую резистивную проволоку – типичный компонент, вызывающий повышение температуры в электронике. При толщине покрытия 75 мкм температура проволоки снизилась со 140,5°С до 101,3°С по сравнению с проволокой без покрытия при входном токе 0,5 А, а при толщине 600 мкм упала до 84,2°С, добившись падения температуры. более 56°С.

«Необходимо поддерживать температуру устройства ниже 44°C, чтобы избежать ожогов кожи», — сказал доктор Ю. «Наш интерфейс охлаждения может охладить резистивную проволоку с 64,1°C до 42,1°C с покрытием толщиной 150 мкм».

Благодаря эффективной способности пассивного радиационного охлаждения и сложной безрадиационной тепловой конструкции производительность нескольких электронных устройств, разработанных командой, значительно улучшилась, включая эффективность беспроводной передачи энергии на светоизлучающие диоды (СИД) и стабильность сигнала кожи. сопряженный беспроводной датчик при наличии препятствий окружающей среды (например, солнечного света, горячего ветра и воды).