Il diamante è noto per la sua bellezza e il suo valore, ma pochi sanno che questo materiale possiede anche straordinarie proprietà termiche. Ora, un team di ingegneri del Fraunhofer Institute ha trovato il modo di sfruttare queste qualità per risolvere uno dei maggiori problemi dell’elettronica moderna: il surriscaldamento. Grazie alle nanomembrane di diamante potremmo assistere a una vera e propria rivoluzione nel campo dell’elettronica, con dispositivi più efficienti, duraturi e veloci da ricaricare.
Il calore, nemico dell’elettronica
Il calore è un inevitabile sottoprodotto dell’elettricità e, quando presente in eccesso, può danneggiare i componenti e i dispositivi, a volte in modo pericoloso. Per questo motivo, la gestione e la rimozione del calore sono considerazioni fondamentali nella progettazione elettronica. Solitamente, i dissipatori di calore sono realizzati in rame o alluminio, ma questi metalli sono anche buoni conduttori di elettricità, rendendo necessario l’uso di uno strato isolante aggiuntivo.
È qui che entra in gioco il diamante. Questo materiale, oltre a essere un eccellente conduttore di calore, è anche un isolante elettrico. “Vogliamo sostituire questo strato intermedio con la nostra nanomembrana di diamante, che è estremamente efficace nel trasferire il calore al rame, poiché il diamante può essere trasformato in percorsi conduttivi”, spiega Matthias Mühle, uno degli scienziati del progetto.
Poiché la nostra membrana è flessibile e autoportante, può essere posizionata ovunque sul componente o sul rame o integrata direttamente nel circuito di raffreddamento.
Matthias Mühle, Fraunhofer Institute
Nanomembrane ultra sottili e flessibili
I dissipatori di calore in diamante stanno già iniziando a trovare impiego nell’elettronica, ma solitamente hanno uno spessore superiore a 2 mm e possono essere difficili da collegare ai componenti. Le nanomembrane, invece, sono spesse solo un micrometro. Sono estremamente flessibili e possono essere fissate ai componenti elettronici riscaldandole delicatamente a 80 °C. Come ha fatto il team a produrre le nanomembrane? Ha fatto crescere diamante policristallino su wafer di silicio, per poi staccare e incidere gli strati di diamante.
I ricercatori stimano che le nanomembrane di diamante potrebbero ridurre il carico termico dei componenti elettronici di un fattore 10. Questo aumenterebbe notevolmente l’efficienza energetica e la durata di vita di questi componenti e del dispositivo nel suo complesso. Se fossero incorporate nei sistemi di ricarica, il team ritiene che le membrane potrebbero contribuire ad aumentare di cinque volte la velocità di ricarica dei veicoli elettrici.
Un processo produttivo scalabile
Forse la cosa migliore è che, poiché le nanomembrane di diamante possono essere realizzate su wafer di silicio, il processo di produzione dovrebbe essere relativamente facile da scalare per un uso industriale. Il team ha già depositato un brevetto per la tecnologia e prevede di iniziare a testarla entro la fine dell’anno in inverter e trasformatori per veicoli elettrici e telecomunicazioni.
Con le nanomembrane di diamante, il futuro dell’elettronica potrebbe aprire la strada a dispositivi più potenti e duraturi e a veicoli elettrici più pratici e convenienti. Non vediamo l’ora di scoprire come questa tecnologia rivoluzionaria trasformerà il mondo dell’elettronica nei prossimi anni.
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