Técnica revolucionária de termometria revela pontos quentes em nanoescala em dispositivos eletrônicos

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ATÉ O FIO:Pesquisadores de Rochester demonstraram suas técnicas de termometria de altíssima resolução em uma estrutura de aquecedor elétrico que a equipe projetou para produzir gradientes de temperatura acentuados. (Imagem:Universidade de Rochester/J. Adam Fenster)
Quando dispositivos eletrônicos como laptops ou smartphones superaquecem, eles sofrem fundamentalmente de um problema de transferência de calor em nanoescala. Identificar a origem desse problema pode ser como tentar encontrar uma agulha num palheiro.

“Os blocos de construção da nossa electrónica moderna são transístores com características em nanoescala, por isso, para compreender quais as peças que estão sobreaquecidas, o primeiro passo é obter um mapa detalhado da temperatura”, disse Andrea Pickel, professora assistente do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Rochester e cientista do Laboratório de Energética de Laser. “Mas você precisa de algo com resolução em nanoescala para fazer isso.”

As técnicas existentes de termometria óptica são impraticáveis porque têm limites fundamentais na resolução espacial que podem alcançar. Então Pickel e seu Ph.D. em ciência de materiais. os alunos Ziyang Ye e Benjamin Harrington projetaram uma nova abordagem para superar essas limitações, aproveitando as técnicas de microscopia de fluorescência óptica de super-resolução ganhadoras do Prêmio Nobel de Química usadas em imagens biológicas. Em um novo Avanços da Ciência estudo, os pesquisadores descrevem seu processo para mapear a transferência de calor usando nanopartículas luminescentes.

Ao aplicar nanopartículas de conversão ascendente altamente dopadas na superfície de um dispositivo, os pesquisadores conseguiram obter termometria de altíssima resolução em nível nanoescala de até 10 milímetros de distância. Segundo Pickel, essa distância é extremamente grande no mundo da microscopia de super-resolução e as técnicas de imagem biológica usadas para inspiração normalmente operam a menos de um milímetro de distância.

Pickel diz que embora as técnicas de imagem biológica forneçam grande inspiração, aplicá-las à eletrônica enfrentou obstáculos significativos porque envolvem materiais muito diferentes. “Nossas necessidades são muito diferentes das dos biólogos porque eles olham para coisas como células e materiais à base de água”, disse ela. "Muitas vezes, eles podem ter um líquido como água ou óleo entre a lente objetiva e a amostra. Isso é ótimo para imagens biológicas, mas se você estiver trabalhando com um dispositivo eletrônico, essa é a última coisa que você deseja."

O artigo demonstra a técnica usando uma estrutura de aquecedor elétrico que a equipe projetou para produzir gradientes acentuados de temperatura, mas Pickel diz que seu método pode ser usado pelos fabricantes para melhorar uma ampla gama de componentes elétricos. Para melhorar ainda mais o processo, a equipe espera diminuir a potência do laser utilizada e refinar os métodos de aplicação de camadas de nanopartículas nos dispositivos.

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