Rychlejší nabíjení s diamanty

Tento článek byl přezkoumán podle redakčního procesu a zásad Science X. Redaktoři zdůraznili následující atributy a zároveň zajistili důvěryhodnost obsahu:

fakta ověřená

důvěryhodný zdroj

zkorigovat


Fotografie volně stojících polykrystalických diamantových nanomembrán. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft

× zavřít


Fotografie volně stojících polykrystalických diamantových nanomembrán. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft

Diamant je známý pro svou vynikající tepelnou vodivost. Díky tomu je materiál ideální pro chlazení elektronických součástek s vysokou hustotou výkonu, jako jsou ty, které se používají v procesorech, polovodičových laserech nebo elektrických vozidlech.

Vědcům z Fraunhofer US, nezávislé mezinárodní pobočky Fraunhofer-Gesellschaft, se podařilo vyvinout tenké nanomembrány ze syntetických diamantů, které lze integrovat do elektronických součástek, a tím snížit lokální tepelnou zátěž až desetkrát. To pomáhá zlepšit jízdní vlastnosti a životnost elektromobilů a výrazně zkracuje dobu nabíjení baterie.

Zvýšení hustoty výkonu az toho vyplývající vyšší odvod tepla v elektronických součástkách vyžaduje nové materiály. Diamant je známý svou vysokou tepelnou vodivostí, která je čtyřikrát až pětkrát vyšší než u mědi. Z tohoto důvodu je to zvláště zajímavý materiál, pokud jde o chlazení výkonové elektroniky v elektrické dopravě, fotovoltaice nebo akumulačních systémech.

Doposud zvyšovaly chladiče vyrobené z měděných nebo hliníkových plátů teplo vyzařující povrch součástek, které produkují teplo, a zabraňovaly tak poškození v důsledku přehřívání. Vědci z Fraunhofer US Inc., Center Midwest CMW v East Lansing v Michiganu, nezávislá mezinárodní pobočka Fraunhofer-Gesellschaft, nyní vyvinuli nanomembrány ze syntetických diamantů, které jsou tenčí než lidský vlas. Pružný materiál lze integrovat přímo do elektronických součástek pro chlazení výkonové elektroniky v elektromobilech, které přenášejí trakční energii z baterie do elektromotoru a převádějí proud ze stejnosměrného proudu na střídavý.

Flexibilní, elektricky izolující nanomembrány vyvinuté společností Fraunhofer US mají potenciál snížit místní tepelné zatížení elektronických součástek, jako jsou regulátory proudu v elektromotorech, desetkrát. V důsledku toho se výrazně zlepšila energetická účinnost, životnost a jízdní vlastnosti elektromobilů. Další výhodou je skutečnost, že diamantové membrány při použití v nabíjecí infrastruktuře přispívají k rychlosti nabíjení, která je pětkrát vyšší.


SEM snímky diamantové nanomembrány, která je elasticky ohnuta při vnějším působení mechanické síly. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft

× zavřít


SEM snímky diamantové nanomembrány, která je elasticky ohnuta při vnějším působení mechanické síly. Kredit: Fraunhofer-Gesellschaft

Diamantové membrány nahrazují izolační mezivrstvu

Obecně řečeno, nanesení měděné vrstvy pod součást zlepšuje tepelný tok. Mezi mědí a součástkou je však elektricky izolační vrstva oxidu nebo nitridu, která má špatnou tepelnou vodivost.

“Chceme tuto mezivrstvu nahradit naší diamantovou nanomembránou, která je extrémně účinná při přenosu tepla do mědi, protože diamant lze zpracovat na vodivé dráhy,” říká Dr. Matthias Mühle, vedoucí skupiny Diamond Technologies ve Fraunhofer US Střed Středozápad CMW. “Vzhledem k tomu, že naše membrána je flexibilní a volně stojící, může být umístěna kdekoli na součásti nebo mědi nebo integrována přímo do chladicího okruhu.”

Mühle a jeho tým toho dosáhli pěstováním polykrystalické diamantové nanomembrány na samostatném křemíkovém plátku, poté jeho oddělením, převrácením a odleptáním zadní strany diamantové vrstvy. Výsledkem je volně stojící hladký diamant, který lze zahřát na nízkou teplotu 80 °C a následně připevnit na součást. “Tepelné zpracování automaticky spojí mikrometr tlustou membránu s elektronickou součástí. Diamant pak již není samostatně stojící, ale integrovaný do systému,” vysvětluje výzkumník.

Nanomembránu lze vyrábět v měřítku wafer (4 palce a větší), takže se dobře hodí pro průmyslové aplikace. Na vývoj již byl podán patent. Aplikační testy s měniči a transformátory v aplikačních oblastech, jako je elektrická doprava a telekomunikace, mají začít letos.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *