Chargement plus rapide grâce aux diamants
Augmenter les performances routières et la durée de vie des voitures électriques et réduire considérablement les temps de charge
Le diamant est connu pour sa conductivité thermique exceptionnelle. Ce matériau est donc idéal pour refroidir les composants électroniques à haute densité de puissance, tels que ceux utilisés dans les processeurs, les lasers à semi-conducteurs ou les véhicules électriques. Les chercheurs de Fraunhofer USA, une filiale internationale indépendante de la Fraunhofer-Gesellschaft, ont réussi à mettre au point des nanomembranes très fines à partir de diamants synthétiques qui peuvent être intégrées dans des composants électroniques, réduisant ainsi jusqu'à dix fois la charge thermique locale. Cela permet d'améliorer les performances routières et la durée de vie des voitures électriques et de réduire considérablement le temps de charge des batteries.
Photographies de nanomembranes de diamant polycristallin autoportantes
© Fraunhofer USA, Center Midwest
L'augmentation de la densité de puissance et la dissipation thermique accrue qui en résulte dans les composants électroniques nécessitent de nouveaux matériaux. Le diamant est connu pour sa conductivité thermique élevée, qui est quatre à cinq fois supérieure à celle du cuivre. C'est pourquoi il constitue un matériau particulièrement intéressant pour le refroidissement de l'électronique de puissance dans les transports électriques, les systèmes photovoltaïques ou les systèmes de stockage. Jusqu'à présent, les dissipateurs de chaleur en plaques de cuivre ou d'aluminium augmentaient la surface d'émission de chaleur des composants qui produisent de la chaleur, évitant ainsi les dommages dus à la surchauffe. Les scientifiques de Fraunhofer USA Inc, Center Midwest CMW à East Lansing dans le Michigan, une filiale internationale indépendante de la Fraunhofer-Gesellschaft, ont maintenant mis au point des nanomembranes à partir de diamants synthétiques qui sont plus minces qu'un cheveu humain. Ce matériau souple peut être intégré directement dans les composants électroniques pour refroidir l'électronique de puissance des véhicules électriques, qui transfère l'énergie de traction de la batterie au moteur électrique et convertit le courant continu en courant alternatif. Les nanomembranes flexibles et isolantes électriquement développées par Fraunhofer USA ont le potentiel de réduire d'un facteur dix la charge thermique locale des composants électroniques, tels que les régulateurs de courant dans les moteurs électriques. L'efficacité énergétique, la durée de vie et les performances routières des voitures électriques s'en trouvent considérablement améliorées. Un autre avantage est que, lorsqu'elles sont utilisées dans l'infrastructure de recharge, les membranes en diamant contribuent à des vitesses de recharge cinq fois plus élevées.
Les membranes en diamant remplacent la couche intermédiaire isolante
D'une manière générale, l'application d'une couche de cuivre sous le composant améliore le flux de chaleur. Cependant, entre le cuivre et le composant se trouve une couche d'oxyde ou de nitrure électriquement isolante, qui présente une mauvaise conductivité thermique. "Nous voulons remplacer cette couche intermédiaire par notre nanomembrane de diamant, qui est extrêmement efficace pour transférer la chaleur au cuivre, car le diamant peut être transformé en chemins conducteurs", explique le Dr Matthias Mühle, chef du groupe Technologies du diamant au Fraunhofer USA Center Midwest CMW. "Comme notre membrane est flexible et autonome, elle peut être placée n'importe où sur le composant ou le cuivre, ou intégrée directement dans le circuit de refroidissement."
Mühle et son équipe y parviennent en faisant croître la nanomembrane de diamant polycristallin sur une plaquette de silicium séparée, puis en la détachant, en la retournant et en gravant l'arrière de la couche de diamant. On obtient ainsi un diamant libre et lisse qui peut être chauffé à une basse température de 80 degrés Celsius et ensuite fixé au composant. "Le traitement thermique lie automatiquement la membrane d'un micromètre d'épaisseur au composant électronique. Le diamant n'est alors plus autonome mais intégré au système", explique le chercheur.
La nanomembrane peut être produite à l'échelle d'une plaquette (4 pouces et plus), ce qui la rend bien adaptée aux applications industrielles. Un brevet a déjà été déposé pour ce développement. Des tests d'application avec des onduleurs et des transformateurs dans des domaines d'application tels que le transport électrique et les télécommunications devraient débuter cette année.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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