Il fenomeno dell’elettricità è sempre legato a quello del calore. Sappiamo benissimo che l’energia non si crea e non si distrugge ma si può solo trasformare, ossia passare da una forma ad un’altra. Per questo motivo, in presenza di elettricità è anche presente calore. Questo diventa un grosso problema, sia progettuale che costruttivo per la realizzazione dei nostri dispositivi elettronici. A chi non è mai capitato che il proprio smartphone si blocchi inviandoci il messaggio per cui la temperatura operativa è troppo alta e che quindi deve raffreddarsi; oppure basti pensare alle ventole incluse nei nostri computer il cui compito è mantenere la temperatura del processore e dei componenti entro determinati limiti operativi.
Progettare questi sistemi di raffreddamento o di dissipazione di calore non è assolutamente semplice e bisogna utilizzare materiali in grado di poterlo fare.
Dal Georgia Institute of Technology e al genio del ricercatore Baraonde Cola, dobbiamo la realizzazione di un nuovo materiale, derivato dalla silice della sabbia che opportunamente modificata offre incredibili effetti dielettrici (isolante).
Ovviamente non si tratta della semplice sabbia che tutti conosciamo ma di particelle di diossido di silicio ricoperte con un polimero di glicol etilenico che fa da isolante.
Questo polimero possiede una grande proprietà conduttiva, migliore di molti altri materiali utilizzati in campo elettrico, ma ha anche capacità dielettriche.
La scelta di questi materiali è stata effettuata dal gruppo di ricerca perché rappresentava un giusto compromesso tra risultato e costo. Il team aveva già provato con altri materiali, come ad esempio ricoprire il diossido di silicio con dell’acqua, ma il risultato non era stato altrettanto soddisfacente. Ricoprendo, invece, con il glicol etilenico si è aumentata enormemente la capacità di trasferire calore.
Il principio alla base di questa soluzione è un vecchio studio condotto anche con la collaborazione dall’Air Force Research Laboratory e dall’Aviazione Statunitense relativamente al comportamento dei polaritoni fotonici di superficie. Un polaritone, come descrive Wikipedia è “una quasiparticella risultante dall’accoppiamento di un eccitone con un fotone che si comporta come un bosone“. Quando la dimensione del materiale è inferiore ai 100 nanometri, le proprietà superficiali del materiale dominano su quelle generiche così che i fotoni di calore possono scorrere da una particella all’altra su di un substrato se stimolate da onde elettromagnetiche. Questo accade con l’uso delle onde elettromagnetiche della luce.
Questo complesso sistema di funzionamento delle particelle superficiali in alcuni materiali ha suggerito al team di ricercatori la possibilità di utilizzare questa proprietà per dissipare calore. Il team di Cola è riuscito a dimostrare che l’effetto dissipante si verifica anche quando si aggiunge calore (come avviene normalmente in un componente elettronico) senza utilizzare le radiazioni elettromagnetiche della luce.
In pratica, si crea un campo elettrico attorno alle nanoparticelle partendo dalla radiazione termica. Utilizzando il glicol etilenico per ricoprire le nanoparticelle di diossido di silicio, si è accresciuto di ben 20 volte il potere dissipante ossia la capacità di trasferire il calore del materiale.
Il glicol etilenico potrebbe essere utilizzato, ricoprendo le parti elettriche scaldanti, per dissipare il calore dei circuiti elettronici, con l’ulteriore vantaggio di fornire un perfetto isolamento termico.
Le ricerche, però, sono ancora in corso perché questa soluzione non è esente da problemi. Ad esempio riempendo di questa resina un componente elettronico si avrebbe il problema per le eventuali manutenzioni, inoltre, il glicol etilenico col tempo tende ad evaporare.
Quindi gli studi procedono con l’intento di riprodurre gli effetti vantaggiosi sin qui dimostrati, ma avendo come obiettivo la sostituzione del glicol etilenico con qualche altro materiale.
