Revolutionaire thermometrietechniek onthult nanoschaal hotspots in elektronische apparaten

Electronics & Sensors INSIDER

DOWN TO THE WIRE: Rochester-onderzoekers demonstreerden hun super-hoge resolutie thermometrietechnieken op een elektrische verwarmingsstructuur die het team ontwierp om scherpe temperatuurgradiënten te produceren. (Afbeelding: University of Rochester/J. Adam Fenster)

Wanneer elektronische apparaten zoals laptops of smartphones oververhit raken, lijden ze fundamenteel aan een nanoschaal warmteoverdrachtsprobleem. Het lokaliseren van de bron van dat probleem kan zijn als een naald in een hooiberg zoeken.

"De bouwstenen van onze moderne elektronica zijn transistors met nanoschaal kenmerken, dus om te begrijpen welke delen oververhit raken, is de eerste stap om een gedetailleerde temperatuurkaart te krijgen," zei Andrea Pickel, assistent-professor van de Universiteit van Rochester's Department of Mechanical Engineering en wetenschapper bij het Laboratory for Laser Energetics. "Maar u hebt iets met nanoschaal resolutie nodig om dat te doen."

Bestaande optische thermometrietechnieken zijn onpraktisch omdat ze fundamentele limieten hebben op de ruimtelijke resolutie die ze kunnen bereiken. Dus Pickel en haar materialenwetenschap Ph.D.-studenten Ziyang Ye en Benjamin Harrington ontwikkelden een nieuwe benadering om deze beperkingen te overwinnen door gebruik te maken van Nobelprijs voor Scheikunde-winnende optische super-resolutie fluorescente microscopietechnieken die in biologische imaging gebruikt worden. In een nieuwe Science Advances studie schetsen de onderzoekers hun proces voor het in kaart brengen van warmteoverdracht met behulp van luminescente nanopartikelen.

Door hoog gedopte upconverterende nanopartikelen op het oppervlak van een apparaat aan te brengen, waren de onderzoekers in staat om super-hoge-resolutie thermometrie op nanoschaal niveau te bereiken vanaf een afstand van tot 10 millimeter. Volgens Pickel is die afstand extreem ver in de wereld van super-resolutie microscopie en de biologische imaging technieken die ze als inspiratie gebruikten, opereren typisch minder dan één millimeter afstand.

Pickel zegt dat hoewel de biologische imaging technieken geweldige inspiratie bieden, het toepassen ervan op elektronica significante hindernissen had omdat ze dergelijk verschillende materialen betreffen. "Onze eisen zijn heel anders van biologen omdat ze kijken naar dingen zoals cellen en water-gebaseerde materialen," zei ze. "Vaak hebben ze een vloeistof zoals water of olie tussen hun objectieflens en hun monster. Dat is geweldig voor biologische imaging, maar als u werkt met een elektronisch apparaat, is dat het laatste wat u wilt."

Het papier demonstreert de techniek met een elektrische verwarmingsstructuur die het team ontwierp om scherpe temperatuurgradiënten te produceren, maar Pickel zegt dat hun methode door fabricanten gebruikt kan worden om een brede reeks elektrische componenten te verbeteren. Om het proces verder te verbeteren, hoopt het team de laserenergie te verlagen en de methoden voor het aanbrengen van lagen nanopartikelen op de apparaten te verfijnen.

Bron