پایان داغ شدن موبایل با یک باتری جدید

ایسنا: تلفن‌های همراه هوشمند، خودروهای برقی و دستگاه‌های دیگری که داغ می‌شوند، ممکن است به‌زودی ابزار قدرتمند تازه‌ای برای خنک‌ماندن در اختیار داشته باشند. مهندسان دانشگاه هیوستون یک روش نوین مدیریت حرارتی توسعه داده‌اند که مانند یک «دیود حرارتی» عمل می‌کند و اجازه می‌دهد گرما فقط در یک جهت جریان پیدا کند.

این دستاورد که بر پایه مفهومی به نام «یک‌سوسازی حرارتی» (thermal rectification) بنا شده، توسط «بو ژائو»، استاد مهندسی کالج مهندسی کالن و دانشجوی دکترای او «سینا جعفری» توسعه یافته است. این فناوری جدید می‌تواند به دستگاه‌های الکترونیکی کمک کند نقاط داغ را بهتر کنترل کنند، از داغ‌شدن بیش‌ازحد جلوگیری شود و در نتیجه عمر باتری افزایش یابد. نتایج این پژوهش در نشریه Physical Review Research منتشر شده است.

تلفن‌های هوشمند و دستگاه‌های قابل‌حمل امروزی اغلب با مشکل گرما روبه‌رو هستند، زیرا مواد سنتی اجازه می‌دهند انرژی حرارتی در همه جهات آزادانه حرکت کند. این یعنی گرمای تولیدشده توسط باتری یا پردازنده می‌تواند در داخل دستگاه باقی بماند یا حتی به قطعات بازگردد؛ موضوعی که باعث افزایش دما، کاهش عملکرد و فرسودگی سریع‌تر باتری می‌شود.

طراحی جدید دیود حرارتی این وضعیت را تغییر می‌دهد: گرما را به جلو هدایت می‌کند و از بازگشت آن جلوگیری می‌کند و به مهندسان امکان می‌دهد دمای داخلی دستگاه‌ها را با دقت بیشتری تنظیم کنند.

دیود حرارتی چگونه کار می‌کند؟

گروه پژوهشی به‌جای استفاده از مواد معمولی که اجازه می‌دهند گرما آزادانه جابه‌جا شود، ساختارهایی از مواد نیمه‌رسانا را در حضور میدان مغناطیسی به‌کار گرفتند. این میدان مغناطیسی نحوه حرکت انرژی را در مقیاس میکروسکوپی تغییر می‌دهد و مسیر یک‌طرفه‌ای برای گرما ایجاد می‌کند که مشابه دیود الکتریکی است که جریان را فقط در یک جهت عبور می‌دهد.

این سازوکار باعث می‌شود گرما از نواحی حساس دور شود و نتواند دوباره به آن‌ها بازگردد.

با کنترل انتقال گرمای تابشی به این شیوه، این فناوری شکل جدیدی از مدیریت حرارتی را ارائه می‌دهد که می‌تواند خطر داغ‌شدن بیش‌ازحد را در گوشی‌ها، خودروهای برقی، ماهواره‌ها و حتی سامانه‌های پیشرفته هوش مصنوعی کاهش دهد؛ مناطقی که تجمع گرما یک چالش جدی طراحی است.

پیش از این نوآوری، داغ‌شدن بیش‌ازحد یکی از عوامل محدودکننده عمر باتری و قابلیت اطمینان دستگاه‌ها بود و دمای بالا می‌توانست فرسایش باتری را تسریع کند. دیود حرارتی می‌تواند حتی در استفاده سنگین یا در محیط‌های گرم، دمای قطعات کلیدی را در محدوده‌ای ایمن نگه دارد.

در حال حاضر، دیود حرارتی بیشتر در قالب مدل‌ها و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای وجود دارد، اما پژوهشگران در حال ساخت نمونه‌های واقعی برای آزمایش عملکرد آن خارج از محیط آزمایشگاهی هستند. اگر این فناوری همان‌طور که انتظار می‌رود عمل کند، می‌تواند با هدایت گرما به دور از قطعات حساس، دستگاه‌ها را خنک‌تر و ایمن‌تر نگه دارد و طول عمر باتری و پایداری عملکرد را افزایش دهد.

این دستاورد تنها به گوشی‌های هوشمند محدود نمی‌شود و می‌تواند برای خودروهای برقی، ماهواره‌ها و سایر تجهیزات الکترونیکی که با مشکل گرما دست‌وپنجه نرم می‌کنند نیز مفید باشد. هرچند ممکن است چند سال طول بکشد تا این فناوری به محصولات روزمره برسد، اما این پیشرفت راهکاری امیدوارکننده برای حل یکی از رایج‌ترین مشکلات دنیای فناوری ارائه می‌دهد.