Na eletronica, solda é usada para conectar duas partes. Como uma ponte, uma de suas funções mais importantes é transferir o calor dos componentes eletrônicos críticos para o dissipador de calor, que usa ar ou água para dissipar o calor com segurança. À medida que os avanços tecnológicos permitem a criação de computadores e eletrônicos menores e mais potentes - e com temperaturas em chips de computador atingindo mais de 100 ° C - essa função de dissipação de calor se tornou mais crucial do que nunca.

Contudo, as soldas convencionais estão atingindo o limite de sua capacidade de conduzir calor de forma eficaz por uma longa vida útil, tornando a dissipação de calor um fator limitante para posterior desenvolvimento de computação e eletrônica. Se esses campos forem avançar ainda mais, esse gargalo crucial terá que ser superado.

Digite "supersolder".

O produto de um prêmio DARPA Young Faculty Award de 2013, supersolder é um material de interface térmica (TIM) desenvolvido por Sheng Shen, professor associado de engenharia mecânica na Carnegie Mellon, em colaboração com pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável. Quatro anos de trabalho resultaram na criação de um material que pode cumprir a mesma função das soldas convencionais, mas com o dobro da condutância térmica dos atuais TIMs de última geração.

O segredo por trás da descoberta de Shen são os arranjos de nanofios de cobre e estanho.

"Os nanofios são desenvolvidos a partir de um modelo, como um molde, usando poros pequenos, "diz Shen." É tecnologia de chip usando galvanoplastia, cresceu uma camada de cada vez, como como você reveste um cabo elétrico mergulhando-o em eletrólito. "

A matriz resultante exibe propriedades térmicas notáveis, incomparável com quaisquer materiais de solda atuais. Contudo, não é apenas sua condutância térmica que torna a supersolda única.

Supersolder também exibe conformidade extraordinária, ou elasticidade, em paridade com a borracha ou outros polímeros. Isso é importante, à medida que as peças que a solda conecta se expandem e contraem quando aquecidas, frequentemente em taxas variáveis ​​entre duas partes de composição diferente. A diminuição da conformidade é muitas vezes a queda das soldas convencionais, à medida que ficam frágeis com o uso repetido, degradando sua capacidade de conduzir calor ao longo do tempo. De acordo com Shen, a conformidade do supersoldado é maior do que esses materiais em duas a três ordens de magnitude.

Um experimento conduzido por sua equipe comparou um conjunto de supersolda com um conjunto de solda convencional de estanho. Enquanto a solda convencional começou a diminuir na condutância térmica após menos de 300 horas de ciclagem, a supersolda continuou a operar no pico de condutância térmica após mais de 600 horas. Na verdade, teve um desempenho tão bom que seus limites exatos ainda são desconhecidos.

"Nós sabemos que pode continuar, "diz Shen." A única razão pela qual encerramos o experimento foi porque tivemos que publicar o jornal! "

Embora os limites superiores da capacidade do supersoldado ainda estejam sendo explorados, é possível ver suas aplicações futuras em potencial. A supersolda pode substituir a solda convencional em sistemas eletrônicos que variam de micro e eletrônicos portáteis a data centers do tamanho de depósitos, reduzindo as temperaturas para permitir melhorias significativas na densidade de energia e confiabilidade. Qualquer coisa que a solda convencional pode fazer, a supersolda pode fazer melhor - quase.

Embora Shen esteja muito satisfeito com os resultados da supersolda, seu trabalho ainda não está completo; ele ainda vê espaço para melhorias. O material é eletricamente condutor:um atributo indesejável em certas aplicações. Portanto, seu próximo objetivo é criar uma versão de supersolda que possa reter sua condutância térmica, enquanto atua como um isolante elétrico.

Após quatro anos de trabalho, há pouca coisa que poderia impedi-lo de aperfeiçoar seu material.

"A ideia é muito simples:você tem um desafio, e você continua tentando até que funcione. "