Você já sentiu o calor antes - o smartphone que aquece durante a execução de um aplicativo de navegação ou o laptop que esquenta muito para você.

O calor produzido por dispositivos eletrônicos faz mais do que irritar os usuários. Vazios e rachaduras induzidas pelo calor podem causar falhas de chips e circuitos.

Agora, uma equipe de engenharia liderada por Stanford desenvolveu uma maneira não apenas de gerenciar o calor, mas ajude a encaminhá-lo para longe de dispositivos delicados. Escrevendo em Nature Communications , os pesquisadores descrevem um transistor térmico - uma chave em nanoescala que pode conduzir o calor para longe dos componentes eletrônicos e isolá-los contra seus efeitos prejudiciais.

"O desenvolvimento de um transistor térmico prático pode ser uma virada de jogo na forma como projetamos eletrônicos, "disse o autor sênior Kenneth Goodson, professor de engenharia mecânica.

Os pesquisadores vêm tentando desenvolver interruptores de calor há anos. Os transistores térmicos anteriores provaram ser muito grandes, muito lento e não sensível o suficiente para uso prático. O desafio tem sido encontrar uma tecnologia em nanoescala que possa ser ligada e desligada repetidamente, têm um grande contraste de comutação de quente para frio e nenhuma peça móvel.

Com a ajuda do engenheiro elétrico Eric Pop e do cientista de materiais Yi Cui, A equipe de Goodson superou esses obstáculos começando com uma fina camada de dissulfeto de molibdênio, um cristal semicondutor que é feito de camadas de átomos em camadas. Com apenas 10 nanômetros de espessura e eficaz em temperatura ambiente, este material pode ser integrado na eletrônica de hoje, um fator crítico para tornar a tecnologia prática.

A fim de tornar este semicondutor condutor de calor em um interruptor semelhante a um transistor, os pesquisadores banharam o material em um líquido com muitos íons de lítio. Quando uma pequena corrente elétrica é aplicada ao sistema, os átomos de lítio começam a se infundir nas camadas do cristal, mudando suas características condutoras de calor. Conforme a concentração de lítio aumenta, o transistor térmico desliga. Trabalhando com o grupo de Davide Donadio na Universidade da Califórnia, Davis, os pesquisadores descobriram que isso acontece porque os íons de lítio separam os átomos do cristal. Isso torna mais difícil a passagem do calor.

Aditya Sood, um pós-doutorado com Goodson e Pop e co-primeiro autor do artigo, comparou o transistor térmico ao termostato de um carro. Quando o carro está frio, o termostato está desligado, impedindo que o refrigerante flua, e o motor retém o calor. À medida que o motor aquece, o termostato abre e o refrigerante começa a se mover para manter o motor em uma temperatura ideal. Os pesquisadores imaginam que os transistores térmicos conectados a chips de computador ligariam e desligariam para ajudar a limitar os danos causados ​​pelo calor em dispositivos eletrônicos sensíveis.

Além de habilitar o controle dinâmico de calor, os resultados da equipe fornecem novos insights sobre o que causa a falha das baterias de íon de lítio. Como os materiais porosos em uma bateria são infundidos com lítio, eles impedem o fluxo de calor e podem fazer com que as temperaturas subam. Pensar nesse processo é crucial para projetar baterias mais seguras.

Em um futuro mais distante, os pesquisadores imaginam que os transistores térmicos poderiam ser arranjados em circuitos para computar usando lógica de calor, tanto quanto transistores semicondutores computam usando eletricidade. Mas, embora animado com o potencial de controlar o calor em nanoescala, os pesquisadores dizem que esta tecnologia é comparável a onde os primeiros transistores eletrônicos estavam há cerca de 70 anos, quando mesmo os inventores não puderam imaginar totalmente o que eles tornaram possível.

"Pela primeira vez, Contudo, um prático transistor térmico em nanoescala está ao nosso alcance, "Goodson diz.