Des scientifiques du SANKEN (Institut de recherche scientifique et industrielle) de l’Université d’Osaka, du Collège national de technologie d’Oita et de l’Université polytechnique de Tokyo ont démontré l’amélioration du refroidissement passif par convection à l’aide de films de nanofibres de cellulose. Matériau notamment conçu à partir du kirigami, une forme traditionnelle de conception de papier similaire à l’origami. La différence par rapport à l’origami est que, outre le pliage, le kirigami implique également la découpe du papier. Ces travaux pourraient permettre à de petits appareils électroniques flexibles de fonctionner sans surchauffe.
Les fabricants d’ordinateurs tentent d’intégrer toujours plus de transistors dans leurs puces miniaturisées. Toutefois, le problème de l’évacuation de la chaleur perdue devient de plus en plus pressant. Les systèmes de refroidissement passif classiques utilisent un flux d’air convectif autour de dissipateurs thermiques métalliques. Ils sont toutefois souvent encombrants et rigides. Cependant, de nombreux petits appareils électroniques portables pourraient bientôt nécessiter des méthodes de dissipation de la chaleur moins coûteuses et plus souples.
Une équipe de chercheurs dirigée par l’université d’Osaka a découvert que les films de nanofibres de cellulose découpés à la manière d’un kirigami peuvent améliorer considérablement la fonctionnalité du refroidissement. En étirant un simple motif de « décoration en filet » de kirigami appelé amikazari, les découpes du film peuvent s’ouvrir en de larges trous. Ce qui permet à l’air de circuler à travers eux. Par défaut, ces films kirigami ont de meilleures propriétés de refroidissement que les films non découpés. Toutefois, le fait d’y appliquer un flux d’air améliore considérablement la capacité de refroidissement.
Le Kirigami pour de nouvelles conceptions thermiques
À l’aide de films découpés au laser selon des modèles traditionnels, l’équipe a effectué un test de dissipation de la chaleur avec une lumière irradiée sur une zone noircie par le graphite. Elle a observé une différence spectaculaire dans la température maximale entre le film kirigami et le film non découpé sous l’effet du flux d’air.
« Nous avons également mis au point des sources lumineuses « froides » en créant des dispositifs électroluminescents en poudre. Des dispositifs qui ont normalement tendance à surchauffer, sur les films de nanofibres de cellulose », explique l’auteur principal Kojiro Uetani.
La résistance thermique résultante a été réduite à environ un cinquième de ce qu’elle était sans le système kirigami. Le concept de dissipation de la chaleur par kirigami permet de nouvelles conceptions thermiques. Pour cela, on utilise notamment divers matériaux de film comme composants de dissipation de la chaleur.
Ce concept devrait inspirer un large éventail de nouveaux dispositifs et de nouvelles méthodes de refroidissement. Des dispositifs que l’on peut utiliser dans la prochaine génération d’appareils électroniques, selon l’auteur principal Masaya Nogi. En particulier, cette recherche pourrait contribuer au développement de la prochaine génération de dispositifs portables. Ceux-ci posent effectivement des problèmes difficiles en raison de l’encombrement et du manque de souplesse des matériaux de refroidissement actuels.
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