El sobrecalentamiento de los dispositivos electrónicos portátiles tipo piel aumenta el riesgo de quemaduras en la piel y da como resultado una degradación del rendimiento. Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) inventó una « interfaz de enfriamiento radiativo suave, ultradelgada » basada en material fotónico que mejora en gran medida la disipación de calor en los dispositivos, con caídas de temperatura de más de 56 ° C, ofreciendo una alternativa para gestión térmica eficaz en la electrónica portátil avanzada.

« La electrónica similar a la piel es un desarrollo emergente en los dispositivos portátiles », dijo el Dr. Yu Xinge, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica (BME) de CityU, quien codirigió la investigación. « La disipación térmica efectiva es crucial para mantener la estabilidad de la detección y una buena experiencia del usuario. Nuestra interfaz ultradelgada, suave y de enfriamiento por radiación, hecha de material fotónico especialmente diseñado, brinda una solución revolucionaria para permitir un monitoreo de atención médica cómodo a largo plazo y virtual y aplicaciones de realidad aumentada (VR/AR) ».

En los dispositivos electrónicos, el calor puede generarse tanto a partir de componentes electrónicos internos, cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, un proceso conocido como calentamiento Joule, como de fuentes externas, como la luz solar y el aire caliente. Para enfriar los dispositivos, tanto radiativos (es decir, radiación térmica, que emite energía térmica desde la superficie del dispositivo) como no radiativos (es decir, convección y conducción, que pierden calor en la capa de aire inmóvil que rodea el dispositivo y a través del contacto directo con un objeto frío) los procesos de transferencia de calor pueden desempeñar un papel.

Sin embargo, las tecnologías actuales se basan principalmente en medios no radiativos para disipar el calor Joule acumulado. Además, los materiales suelen ser voluminosos y rígidos y ofrecen una portabilidad limitada, lo que dificulta la flexibilidad de los dispositivos portátiles inalámbricos.

Para superar estas deficiencias, el equipo de investigación desarrolló un revestimiento polimérico compuesto multifuncional con capacidad de enfriamiento tanto radiativa como no radiativa sin utilizar electricidad y con avances en portabilidad y estirabilidad.

El revestimiento de la interfaz de refrigeración está compuesto por microesferas huecas de dióxido de silicio (SiO2), para mejorar la radiación infrarroja, y nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) y pigmentos fluorescentes, para mejorar la reflexión solar. Tiene menos de un milímetro de espesor, es liviano (alrededor de 1,27 g/cm2) y tiene una gran flexibilidad mecánica.

Cuando se genera calor en un dispositivo electrónico, fluye hacia la capa de interfaz de enfriamiento y se disipa al entorno ambiental a través de la radiación térmica y la convección de aire. El espacio abierto sobre la capa de interfaz proporciona un disipador de calor más frío y un canal de intercambio térmico adicional. La interfaz también exhibe una excelente capacidad anti-interferencia ambiental debido a su baja conductividad térmica, lo que la hace menos susceptible a las fuentes de calor ambientales que afectarían el efecto de enfriamiento y el rendimiento de los dispositivos.

Para examinar su capacidad de enfriamiento, la capa de interfaz de enfriamiento se revistió de manera conformada sobre un cable de resistencia metálica, un componente típico que causa un aumento de temperatura en la electrónica. Con un espesor de recubrimiento de 75 μm, la temperatura del cable descendió de 140,5 °C a 101,3 °C, en comparación con el alambre sin recubrimiento con una corriente de entrada de 0,5 A, y descendió a 84,2 °C con un espesor de 600 μm, logrando una caída de temperatura de más de 56°C.

« Es necesario mantener la temperatura del dispositivo por debajo de los 44°C para evitar quemaduras en la piel », dijo el Dr. Yu. « Nuestra interfaz de refrigeración puede enfriar el cable de resistencia de 64,1 °C a 42,1 °C con un revestimiento de 150 μm de espesor ».

Con la capacidad de enfriamiento radiativo pasivo eficiente y el diseño térmico no radiativo sofisticado, el rendimiento de varios dispositivos electrónicos de piel desarrollados por el equipo mejoró significativamente, incluida la eficiencia de la transferencia de energía inalámbrica a diodos emisores de luz (LED) y la estabilidad de la señal de un skin- sensor inalámbrico interconectado bajo obstrucciones ambientales (por ejemplo, luz solar, viento caliente y agua).

« La naturaleza intrínsecamente flexible de la interfaz de enfriamiento permite que los dispositivos electrónicos experimenten un enfriamiento estable incluso bajo deformación extrema, como doblarse, torcerse, plegarse y estirarse muchas veces », dijo el Dr. Lei Dangyuan, profesor asociado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. (MSE) en CityU, otro co-líder del estudio.

Por ejemplo, su sistema de iluminación epidérmica inalámbrica extensible integrada en la interfaz de refrigeración mostró una mayor intensidad de iluminación y mantuvo un rendimiento estable incluso al estirarse del 5 % al 50 % 1000 veces.

El equipo presentó una solicitud de patente estadounidense para la invención. Ganaron una Medalla de Oro, uno de los 36 premios ganados por los equipos de CityU, el mayor número de premios entre las instituciones locales en la 48.ª Exposición Internacional de Invenciones de Ginebra, con su proyecto denominado « Tecnología de refrigeración para electrónica epidérmica ».

A continuación, el equipo de investigación se centrará en las aplicaciones prácticas de las interfaces de refrigeración para la gestión térmica avanzada de la electrónica portátil en los campos de monitorización sanitaria, comunicaciones inalámbricas y VR/AR.