Arte milenar japonesa inspira técnica que favorece dissipação de calor em chips

Arte milenar japonesa inspira técnica que favorece dissipação de calor em chips

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 29 de Setembro de 2021 às 16h41
Reprodução/Osaka University

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Instituto de Pesquisa Científica e Industrial da Universidade de Osaka, no Japão, desenvolveu um novo sistema de resfriamento passivo aprimorado baseado na técnica milenar do kirigami, a arte japonesa de dobrar e recortar papel.

Eles usaram filmes fabricados com nanofibra de celulose termicamente condutora para construir dispositivos eletrônicos flexíveis, capazes de dissipar o calor por convecção — fenômeno físico observado em um meio líquido ou gasoso onde há variação de temperatura por meio da diferença de densidade.

“À medida que os fabricantes de computadores colocam mais transistores em seus microchips miniaturizados, remover o calor residual torna-se cada vez mais urgente. Os sistemas de resfriamento passivo convencionais, que usam fluxo de ar convectivo ao redor dos dissipadores de calor, geralmente são volumosos e rígidos”, lembra o professor de química Kojiro Uetani, autor principal do estudo.

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Kirigami

Para dissipar o calor de maneira mais eficiente, os pesquisadores esticaram um padrão simples de kirigami conhecido com amikazari (decoração em rede). Com essa técnica, os cortes no filme de nanofibra de celulose podem ser abertos em grandes orifícios, permitindo que o ar flua através deles.

Teste de dissipação de calor com kirigami (Imagem: Reprodução/Osaka University

As aberturas feitas no kirigami podem definir a velocidade do ar de saída, resultando em um aumento significativo no coeficiente de transferência de calor dentro do dispositivo. Ao aplicar esse fluxo de ar direcionado sobre uma superfície metálica, houve uma melhora considerável na capacidade de resfriamento.

“Nosso conceito de dissipação de calor com kirigami permite a fabricação de eletrônicos usando uma variedade muito grande de materiais como estruturas de resfriamento. Esse sistema pode inspirar uma ampla gama de aplicações de engenharia térmica para equipamentos miniaturizados”, acrescenta Uetani.

Testes promissores

Usando filmes cortados a laser com designs convencionais, os pesquisadores realizaram testes de dissipação de calor com luz irradiada em uma área escurecida com grafite. A resistência térmica observada durante o experimento foi reduzida para cerca de um quinto do que era sem o sistema kirigami.

Dissipação do calor no dispositivo (Imagem: Reprodução/Osaka University

Os cientistas também desenvolveram fontes de luz frias, criando dispositivos eletroluminescentes em pó sobre os filmes de nanofibra de celulose, para a ajudar no processo de dissipação do calor por convecção. Os resultados mostraram que esse material possui uma condutividade térmica de três a dez vezes maior do que polímeros usados como substratos flexíveis em eletrônicos.

“Esta pesquisa pode ajudar no desenvolvimento da próxima geração de dispositivos móveis vestíveis, dado que estes equipamentos enfrentam desafios muito grandes quanto ao volume das peças e a flexibilidade dos materiais atuais usados em sistemas de resfriamento pouco eficientes” encerra o professor Kojiro Uetani.

Fonte: Osaka University

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