10 atomes : c'est l'épaisseur de ce nouvel isolant thermique qui va rétrécir nos smartphones

02 septembre 2019 à 08h13
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Des chercheurs de l'université de Stanford, en Californie, ont développé un isolant thermique novateur pour les smartphones et ordinateurs portables. Composé de matériaux à l'échelle nanométrique, il est jusqu'à 50 000 fois plus mince que ceux utilisés actuellement dans les appareils électroniques.

Une découverte qui pourrait rendre nos smartphones et ordinateurs portables encore plus compacts... mais qui ouvre surtout la voie au nouveau domaine de la phononique, avec l'objectif de contrôler l'énergie vibratoire à l'intérieur des matériaux.

Jusqu'à 50 000 fois plus mince que les matériaux isolants actuels

Dans leur article publié le 16 août dans Science Advances, des chercheurs du département de génie électrique de l'Université de Stanford, en Californie, ont présenté l'isolant thermique novateur qu'ils ont mis au point. Jusqu'à 50 000 fois plus mince que les matériaux isolants actuels, il permettrait de rendre les futurs smartphones et ordinateurs portables encore plus compacts.

Bien sûr, l'intérêt premier reste de protéger plus efficacement les composants sensibles, pour lesquels la chaleur peut contribuer à des dysfonctionnements. Voire pire : dans certains cas, un problème de température peut provoquer l'explosion de la batterie au lithium. Actuellement, la température des appareils électroniques est régulée par du verre, du plastique et des couches d'air.

Les chercheurs de Stanford ont alors eu l'idée d'empiler plusieurs couches de matériaux à l'échelle nanométrique sur des points chauds. Le résultat va au-delà de toute espérance : leur isolant, de seulement dix atomes d'épaisseur, est capable de fournir une isolation thermique équivalente à celle d'une feuille de verre 100 fois plus épaisse.


La chaleur, une forme inaudible de son

La chaleur ressentie à travers les smartphones et les ordinateurs portables est en fait une forme inaudible de son à haute fréquence. C'est cette nuance qui a donné l'idée aux chercheurs, qui reprend toutefois le concept d'un isolant thermique classique : il ne s'agit que de couches d'air entre des feuilles de différents matériaux dont l'épaisseur est variable.

Comme l'explique Sam Vaziri, chercheur à l'Université de Stanford et co-auteur de l'étude, « Nous avons adapté cette idée en créant un isolant qui utilisait plusieurs couches de matériaux atomiquement minces au lieu d'une épaisse masse de verre ».

L'équipe de recherche de l'Université de Stanford a utilisé une « feuille » de graphène et trois « feuilles » d'autres matériaux de trois atomes d'épaisseur, superposées pour créer un isolant thermique à quatre couches de seulement 10 atomes d'épaisseur. Les vibrations thermiques sont alors amorties et perdent une grande partie de leur énergie en traversant chacune des couches.

Contrôler l'énergie vibratoire

Les chercheurs doivent à présent trouver une technique de production de masse qui permettrait de pulvériser ou déposer leur isolant thermique directement sur les composants électroniques pendant leur fabrication. Mais une nouvelle voie de recherche s'ouvre à eux : la phononique. En effet, les scientifiques espèrent parvenir à contrôler l'énergie vibratoire à l'intérieur des matériaux.


Comme l'explique Eric Pop, professeur à l'Université de Stanford et co-auteur de l'étude : « En tant qu'ingénieurs, nous en savons beaucoup sur le contrôle de l'électricité et nous nous améliorons avec la lumière, mais nous commençons à peine à comprendre comment manipuler le son à haute fréquence qui se manifeste sous forme de chaleur à l'échelle atomique ».

Source : Science Daily
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