L’eccesso di calore emesso da smartphone, laptop e altri dispositivi elettronici può essere fastidioso, ma oltre al semplice fastidio, questo problema contribuisce all’ingenerarsi di malfunzionamenti e, in casi estremi, può anche far esplodere le batterie. Per proteggersi da questi inconvenienti, gli ingegneri spesso inseriscono vetro, plastica o persino strati d’aria come isolante per evitare che componenti generatori di calore come i microprocessori causino danni o fastidi agli utenti.
I ricercatori di Stanford hanno dimostrato che alcuni strati di materiali “atomicamente” sottili, impilati come fogli di carta in cima ai punti più caldi, possono fornire lo stesso isolamento di una lastra di vetro 100 volte più spessa. Nel breve termine, gli schermi termici più sottili consentiranno agli ingegneri di rendere i dispositivi elettronici ancora più compatti di quelli che abbiamo oggi, afferma Eric Pop, professore di ingegneria elettrica.
L’isolante termico funziona in maniera relativamente semplice nell’elettronica di consumo
Il calore che sentiamo provenire da uno smartphone o da un laptop è in realtà una forma impercettibile di suono ad alta frequenza: l’elettricità scorre attraverso i fili come un flusso di elettroni; mentre questi elettroni si muovono, si scontrano con gli atomi dei materiali attraverso i quali passano e con ciascuna di queste collisioni un elettrone fa vibrare un atomo e più corrente scorre, più si verificano collisioni, fino a quando gli elettroni si scontrano con gli atomi come martelli su minuscoli incudini, generando energia che percepiamo come calore.
Pensare al calore come a una forma di suono ha ispirato i ricercatori di Stanford a prendere in prestito alcuni principi dal mondo della fisica. Il professor Pop sapeva che gli studi di registrazione musicale sono silenziosi grazie alle spesse finestre di vetro che bloccano il suono esterno: se l’isolamento fosse stata la loro unica preoccupazione, i ricercatori avrebbe potuto semplicemente prendere in prestito il principio dello studio musicale e aumentare le barriere termiche.
Alleggerire i dispositivi e ridurne le emissioni di calore con strati isolanti spessi 10 atomi!
Ma ciò avrebbe vanificato gli sforzi affrontati per rendere più “leggera” l’elettronica e decongestionarne il funzionamento applicato ai dispositivo elettronici. La soluzione era quella di prendere in prestito un trucco dai proprietari di case, che installano finestre a vetri multipli per rendere gli interni più caldi e silenziosi. “Abbiamo adattato quell’idea creando un isolante che utilizzava diversi strati di materiali sottili solo diversi atomi anziché una spessa massa di vetro“, ha affermato lo studioso Sam Vaziri, autore principale della ricerca.
I materiali atomicamente sottili sono una scoperta relativamente recente. Il primo esempio è stato il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio che, sin da quando è stato scoperto, gli scienziati hanno cercato e sperimentato applicandolo in forme simili a fogli. Il team di Stanford ha utilizzato uno strato di grafene e altri tre materiali, ciascuno con tre atomi di spessore, per creare un isolante a quattro strati spesso solo 10 atomi. Nonostante lo spessore ridotto, l’isolante è efficace perché le vibrazioni del calore vengono smorzate e perdono gran parte della loro energia mentre attraversano ogni strato.
