Le diamant est connu pour sa beauté et sa valeur, mais peu de gens savent que ce matériau possède également des propriétés thermiques extraordinaires. Aujourd'hui, une équipe d'ingénieurs du Institut Fraunhofer a trouvé un moyen d'exploiter ces qualités pour résoudre l'un des plus gros problèmes de l'électronique moderne : la surchauffe. Grâce aux nanomembranes de diamant, nous pourrions assister à une véritable révolution dans le domaine de l'électronique, avec des appareils plus efficaces, plus durables et plus rapides à recharger.
La chaleur, l'ennemie de l'électronique
La chaleur est un sous-produit inévitable de l’électricité et, lorsqu’elle est présente en excès, elle peut endommager les composants et les appareils, parfois dangereusement. Pour cette raison, la gestion et l’évacuation de la chaleur sont des considérations clés dans la conception électronique. Généralement, les dissipateurs thermiques sont en cuivre ou en aluminium, mais ces métaux sont également de bons conducteurs d'électricité, ce qui rend nécessaire l'utilisation d'une couche isolante supplémentaire.
C'est là qu'intervient le diamant. Ce matériau, en plus d’être un excellent conducteur de chaleur, est également un isolant électrique. « Nous souhaitons remplacer cette couche intermédiaire par notre nanomembrane en diamant, extrêmement efficace pour transférer la chaleur au cuivre, puisque le diamant peut être transformé en pistes conductrices », explique-t-il. Matthias Mühle, l'un des scientifiques du projet.
Notre membrane étant flexible et autoporteuse, elle peut être placée n'importe où sur le composant ou le cuivre ou intégrée directement dans le circuit de refroidissement.
Matthias Mühle, Institut Fraunhofer
Nanomembranes ultra fines et flexibles
Les dissipateurs thermiques en diamant commencent déjà à être utilisés dans l'électronique, mais ils font généralement plus de 2 mm d'épaisseur et peuvent être difficiles à fixer aux composants. Les nanomembranes, en revanche, n’ont qu’un micromètre d’épaisseur. Ils sont extrêmement flexibles et peuvent être fixés sur des composants électroniques en les chauffant doucement à 80°C. Comment l’équipe a-t-elle produit les nanomembranes ? Il a fait pousser du diamant polycristallin sur des tranches de silicium, puis a décollé et gravé les couches de diamant.
Les chercheurs estiment que les nanomembranes en diamant pourraient réduire la charge thermique des composants électroniques par un facteur 10. Cela augmenterait considérablement l’efficacité énergétique et la durée de vie de ces composants et de l’appareil dans son ensemble. Si elles étaient intégrées aux systèmes de chargement, l'équipe pense que les membranes pourraient contribuer pour augmenter par cinq la vitesse de recharge des véhicules électriques.
Un processus de production évolutif
Mieux encore, étant donné que les nanomembranes de diamant peuvent être fabriquées sur des tranches de silicium, le processus de fabrication devrait être relativement facile à étendre à une utilisation industrielle. L'équipe a déjà déposé un brevet pour cette technologie et prévoit de commencer à la tester plus tard cette année sur des onduleurs et des transformateurs pour véhicules électriques et télécommunications.
Grâce aux nanomembranes de diamant, l’avenir de l’électronique pourrait ouvrir la voie à des appareils plus puissants et durables ainsi qu’à des véhicules électriques plus pratiques et abordables. Nous avons hâte de voir comment cette technologie révolutionnaire transformera le monde de l'électronique dans les années à venir.
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