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(noticias nanowerk) El diamante es conocido por su excelente conductividad térmica. Esto hace que el material sea ideal para enfriar componentes electrónicos con alta densidad de potencia, como los utilizados en procesadores, láseres semiconductores o vehículos eléctricos. Los investigadores de Fraunhofer USA, una filial internacional independiente de Fraunhofer-Gesellschaft, han logrado desarrollar nanomembranas extremadamente delgadas hechas de diamantes sintéticos que pueden integrarse en componentes electrónicos y reducir así la carga de calor local hasta diez veces. Esto ayuda a mejorar el comportamiento de conducción y la vida útil de los coches eléctricos y acortar significativamente el tiempo de carga de la batería.
El aumento de la densidad de potencia y la consiguiente mayor disipación de calor en los componentes electrónicos requieren nuevos materiales. El diamante es conocido por su alta conductividad térmica, que es de cuatro a cinco veces mayor que la del cobre. Por este motivo, es un material especialmente interesante a la hora de refrigerar la electrónica de potencia en vehículos eléctricos, la energía fotovoltaica o los sistemas de almacenamiento.
Hasta ahora se utilizaban disipadores de calor hechos de placas de cobre o aluminio para aumentar la superficie de emisión de calor de los componentes generadores de calor y así evitar daños por sobrecalentamiento.
Los científicos de Fraunhofer USA Inc., Center Midwest CMW en East Lansing, Michigan, una filial internacional independiente de Fraunhofer-Gesellschaft, han desarrollado nanomembranas hechas de diamantes sintéticos que son más delgadas que un cabello humano.
El material flexible se puede integrar directamente en componentes electrónicos para enfriar la electrónica de potencia en vehículos eléctricos que transfieren energía de tracción de la batería al motor eléctrico y convierten la energía de corriente continua a corriente alterna.
Las nanomembranas flexibles y eléctricamente aislantes desarrolladas por Fraunhofer USA tienen el potencial de reducir en un factor de diez la carga de calor local en los componentes electrónicos, como los reguladores de corriente de los motores eléctricos. Esto mejora significativamente la eficiencia energética, la vida útil y el comportamiento de conducción de los coches eléctricos. Otra ventaja es que las membranas de diamante contribuyen a velocidades de carga cinco veces más rápidas cuando se utilizan en la infraestructura de carga.
Membranas de diamante reemplazan la capa intermedia aislante
En general, aplicar una capa de cobre debajo del componente mejora el flujo de calor. Sin embargo, entre el cobre y el componente existe una capa de óxido o nitruro eléctricamente aislante, que tiene una mala conductividad térmica.
«Queremos sustituir esta capa intermedia por nuestra nanomembrana de diamante, que transfiere el calor al cobre de forma muy eficaz, ya que el diamante se puede transformar en pistas conductoras», afirma el Dr. Matthias Mühle, jefe del grupo de tecnologías de diamantes del Fraunhofer USA Center Midwest CMW. «Debido a que nuestra membrana es flexible y autónoma, se puede colocar en cualquier lugar del componente o del cobre o integrarse directamente en el circuito de refrigeración».
Mühle y su equipo logran esto haciendo crecer la nanomembrana de diamante policristalino en una oblea de silicio separada, luego despegándola, dándole la vuelta y grabando la parte posterior de la capa de diamante. Esto crea un diamante liso e independiente que puede calentarse a una temperatura baja de 80 grados Celsius y luego unirse al componente.
“A través del tratamiento térmico, la membrana de un micrómetro de espesor se adhiere automáticamente al componente electrónico. Entonces el diamante ya no está libre, sino que queda integrado en el sistema”, explica el investigador.
La nanomembrana se puede fabricar a escala de oblea (4 pulgadas y más), lo que la hace muy adecuada para aplicaciones industriales. Ya se ha registrado una patente para el desarrollo. Está previsto que este año comiencen las pruebas de aplicación con inversores y transformadores en áreas de aplicación como transporte eléctrico y telecomunicaciones.
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