Silice refrigerante

In presenza di elettricità è sempre presente calore. Questo rappresenta un grave problema nella realizzazione di dispositivi elettronici perché le componenti tendono a scaldare creando problemi di dissipazione ai costruttori.  

 Basti pensare a come scalda il nostro cellulare quando lo adoperiamo al sole oppure alla rumorosità delle ventole di raffreddamento dei computer quando il carico di lavoro è alto o quando il calore ambientale, soprattutto d’estate, diventa eccessivo.

Progettare questi sistemi di raffreddamento o di dissipazione di calore non è assolutamente semplice e bisogna utilizzare materiali che siano in grado di raggiungere questo obiettivo ma che non abbiano costi troppo elevati.

Il ricercatore Baraonde Cola del Georgia Institute of Technology, ha scoperto un nuovo materiale, derivato dalla silice che opportunamente modificato offre incredibili effetti dielettrici (isolanti).
Ovviamente non si tratta di semplice sabbia come quella che tutti conosciamo ma di particelle di diossido di silicio che vanno ricoperte con un polimero di glicol etilenico che fa da isolante.

silice

Questo polimero possiede una grande proprietà conduttiva, migliore di molti altri materiali utilizzati in campo elettrico, ma ha anche capacità dielettriche.
La scelta di questi materiali è stata effettuata dal gruppo di ricerca perché rappresentava un giusto compromesso tra risultato e costo. Il team aveva già provato con altri materiali, come ad esempio ricoprire il diossido di silicio con dell’acqua, ma il risultato non era stato altrettanto soddisfacente. Il glicol etilenico, invece, ha moltiplicato enormemente la capacità di trasferire calore dal materiale.
Il principio alla base di questa soluzione ha origini da un vecchio studio condotto con la collaborazione dall’Air Force Research Laboratory e dall’Aviazione Statunitense relativamente al comportamento dei polaritoni fotonici di superficie. Un polaritone, come descrive Wikipedia è “una quasiparticella risultante dall’accoppiamento di un eccitone con un fotone che si comporta come un bosone“. In pratica, quando la dimensione del materiale è inferiore ai 100 nanometri, le proprietà superficiali del materiale dominano su quelle generiche così che i fotoni di calore possono scorrere da una particella all’altra su di un substrato quando vengono stimolate da onde elettromagnetiche. Questo accade con l’uso delle onde della luce.
Questo complesso sistema di funzionamento delle particelle superficiali in alcuni materiali ha suggerito al team di ricercatori la possibilità di utilizzare questa proprietà per dissipare calore. Il team di Cola è riuscito a dimostrare che l’effetto dissipante si verifica anche quando si aggiunge calore (come avviene normalmente in un componente elettronico) senza utilizzare le radiazioni elettromagnetiche della luce.

Si crea un campo elettrico attorno alle nanoparticelle partendo dalla radiazione termica. Si utilizza poi il glicol etilenico per ricoprire le nanoparticelle di diossido di silicio, accrescendo di ben 20 volte il potere dissipante ossia la capacità di trasferire il calore del materiale.
Il glicol etilenico potrebbe essere utilizzato, ricoprendo le parti elettriche scaldanti, per dissipare il calore dei circuiti elettronici, con l’ulteriore vantaggio di fornire un perfetto isolamento termico e di impermeabilizzazione.
Le ricerche, però, sono ancora in corso perché questa soluzione non è esente da problemi. Ad esempio riempendo di questa resina un componente elettronico si avrebbe un problema per le eventuali manutenzioni, inoltre, il glicol etilenico col tempo tende ad evaporare.
Quindi gli studi procedono con l’intento di riprodurre gli effetti vantaggiosi sin qui dimostrati, ma avendo come obiettivo la sostituzione del glicol etilenico con qualche altro materiale più adatto ad essere utilizzato su componenti elettronici.

Primo anno scolastico

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L' autore

I contenuti sono a cura di Davide Emanuele Betto, architetto e docente di tecnologia presso la S. S. I “Dante Alighieri” di Catania. Il professor Betto è formatore ed esaminatore EIPASS, e webmaster del sito didattico di Tecnologia educazionetecnica.dantect.it. Ha collaborato alla stesura delle ultime edizioni dei libri di tecnologia.

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