Crédit : Université Carnegie Mellon, Collège d’ingénierie
À mesure que les appareils deviennent plus petits et plus puissants, le risque de surchauffe et d’épuisement augmente considérablement. Malgré les progrès des solutions de refroidissement, l’interface entre une puce électronique et son système de refroidissement est restée une barrière pour le transport thermique en raison de la rugosité intrinsèque des matériaux.
Sheng Shen, professeur au Département de génie mécanique de l’Université Carnegie Mellon, a fabriqué un matériau flexible, puissant et très fiable pour combler efficacement le vide.
“À première vue, notre solution ressemble à n’importe quel film de cuivre ordinaire, mais au microscope, la nouveauté de notre matériau devient évidente”, a expliqué Lin Jing, doctorant.
Le matériau, composé de deux films de cuivre minces avec un réseau de nanofils de cuivre recouvert de graphène pris en sandwich, est extrêmement convivial.
“D’autres nanofils doivent être cultivés in situ là où la chaleur est conçue pour être dissipée afin que leur seuil d’application et leur coût soient élevés”, a déclaré Rui Cheng, chercheur postdoctoral au laboratoire de Shen. “Notre film ne dépend d’aucun substrat, c’est un film autoportant qui peut être coupé à n’importe quelle taille ou forme pour combler l’espace entre divers composants électriques.”
Le “sandwich” est construit à partir de la “supersoudure” de Shen, un matériau d’interface thermique (TIM) qui peut être utilisé de la même manière que les soudures conventionnelles, mais avec une conductance thermique deux fois supérieure aux TIM de pointe actuels.
Coupe transversale du matériau au microscope électronique à balayage.
En enduisant la “super-soudure” de graphène, l’équipe de Shen a amélioré ses capacités de transport thermique et prévenu le risque d’oxydation, garantissant une durée de vie plus longue. Le “sandwich”, par rapport aux pâtes/adhésifs thermiques actuellement sur le marché, peut réduire la résistance thermique de plus de 90% à épaisseur égale.
Grâce à sa flexibilité mécanique ultra élevée, le “sandwich” peut permettre une large gamme d’applications dans l’électronique flexible et la microélectronique, y compris les LED flexibles et les lasers pour l’éclairage et l’affichage, les capteurs portables pour la communication, l’électronique implantable pour la surveillance de la santé et l’imagerie, et les soft robotique.
À l’avenir, l’équipe de Shen explorera les moyens de faire évoluer le matériau au niveau industriel, de réduire son coût, tout en continuant à chercher des moyens de l’améliorer.
“Nous sommes très enthousiasmés par le potentiel de ce matériau”, a déclaré Shen. “Nous pensons qu’une grande variété de systèmes électroniques peuvent en bénéficier en leur permettant de fonctionner à une température plus basse avec des performances plus élevées.”
La recherche est publiée dans la revue ACS Nano.
Plus d’information:
Lin Jing et al, Interface thermique “Sandwich” graphène-nanofil 3D avec une résistance et une rigidité ultra-faibles, ACS Nano (2023). DOI : 10.1021/acsnano.2c10525
Citation: Comment un sandwich en cuivre à couche mince transforme l’électronique (14 février 2023) récupéré le 14 février 2023 sur https://phys.org/news/2023-02-thin-film-copper-sandwich-electronics.html
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