Электроника и, в частности, батареи уязвимы к очень высоким или очень низким температурам, но новый термовыключатель поможет справиться с обоими проблемами. Он сделан из графеновой пены, которая может динамически удерживать тепло, когда на улице холодно, или позволять теплу уходить, когда становится слишком тепло.

Литий-ионные аккумуляторы рекомендуется использовать только при температуре от 0 до 45 ° C, особенно при зарядке. За пределами этого диапазона вы рискуете снизить производительность батареи. Защита компонентов от перегрева – это постоянная борьба, которая влияет на дизайн электронных устройств, которые сами по себе выделяют много тепла. Но когда внешняя температура падает, было бы полезно сохранить это тепло внутри устройства.

«По мере того, как электронные устройства становятся все меньше и мощнее, регулирование нагрева становится более важной проблемой, – говорит Сюлин Жуань, соавтор исследования. – Большинство устройств используют пассивное управление температурой, такое как теплопроводность и конвекция, для отвода избыточного тепла. Но эта система не настраивается, не регулируется и совсем не помогает в холодных условиях».

Теперь исследователи из Университета Пердью разработали способ справиться с обоими задачами. Ключевым моментом, как это часто бывает, является графен, сверхэффективный материал, состоящий из листов углерода толщиной всего в один атом. Обычно это отличный проводник тепла, но графеновая пена действует как изолятор из-за воздушных карманов внутри. Таким образом, команда использовала эту двойную природу, чтобы создать слой, который переключается между изолятором и проводником.

При тестировании, исследователи поместили образец графеновой пены между нагревателем и радиатором и измерили температуру и тепловой поток, когда пена сжимается или расслабляется. Сначала он имеет толщину 1,2 мм и действует как изолятор, но когда его сжимают до 0,2 мм, он становится в восемь раз более теплопроводным.

«Он действует как резистор в электрической цепи, – говорит Эми Марконнет, соавтор исследования. – Вместо того, чтобы изменять количество протекающего тока, он меняет количество тепла, которое он пропускает».

В другом эксперименте команда смоделировала реальную температуру окружающей среды от 0 до 30 ° C с графеновой пеной, помещенной поверх источника тепла, имитирующего электронное устройство. Результаты были столь же многообещающими: рабочая температура устройства стабилизировалась во всем диапазоне температур окружающей среды.

Команда говорит, что эта система могла бы быть наиболее полезной для личной электроники, такой как телефоны, но, ее можно было бы расширить до более крупных компонентов, таких как аккумуляторы электромобилей, которые могут быть особенно чувствительны к температуре.