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Onde sonore per raffreddare i chip?

Onde sonore refrigeranti

Uno studio condotto dai ricercatori della Rice University (Houston, Texas) ha teorizzato la possibilità di utilizzare le onde acustiche per raffreddare i circuiti elettronici. Più precisamente, questo gruppo di ricercatori ha scoperto che le onde sonore, viaggiando attraverso nastri di grafene, potrebbero rimuovere il calore prodotto nei piccoli dispositivi elettronici.

Il gruppo di ricerca, condotto dal Professor Boris Yakobson, ha sviluppato un modello teorico secondo il quale il grafene, una struttura composta da atomi di carbonio disposti a nido d'ape su di un unico piano (si osservi l'immagine seguente), sarebbe in grado di trasmettere energia termica sotto forma di onde acustiche.

Il grafene presenta numerose caratteristiche interessanti che agevolano la trasmissione delle onde sonore, le quali possono propagarsi attraverso questa struttura in modo veloce, e, non incontrando ostacoli significativi a causa della mancanza di imperfezioni del materiale, possono anche percorrere una distanza molto elevata.

Non solo, le onde "lunghe" si sono dimostrate quelle maggiormente adatte per questo tipo di applicazione. Scherzosamente, Yacobson ha anche avvertito che non si potrà mai udire alcun suono prodotto da questo tipo di propagazione, indipendentemente dalla distanza a cui si metta l'orecchio rispetto alla struttura di grafene.

Ma quali sono i vantaggi offerti da questa soluzione? Secondo Yacobson, il grafene offre delle potenzialità promettenti in questo campo, e le onde sonore, viaggiando alla velocità del suono, sarebbero potenzialmente in grado di sottrarre calore il quale viene trasportato, a livello pratico, dalle vibrazioni (si parla, appunto, di vibrazioni sonore).

I ricercatori sostengono inoltre che i fononi, quanti di energia di un'onda elastica considerati equivalenti ai fotoni delle onde elettromagnetiche, hanno un "comportamento quasi balistico", e fanno del grafene un materiale 10 volte migliore del rame e dell'oro per quanto concerne la conduzione del calore.

Data per assodata la naturale attitudine del grafene a favorire la propagazione delle onde acustiche (sono state utilizzate strutture di grafene sia di tipo "nanoribbon", con struttura tipica a nastro, che di tipo "nanotube", con struttura cilindrica) resta da definire come e dove convogliare queste onde una volta che esse raggiungono l'estremità del nastro o del tubo di grafene (se non si convogliassero opportunamente, esse finirebbero semplicemente con il rimbalzare nella direzione opposta a quella di provenienza).

Secondo Yacobson, occorrerebbe introdurre un ulteriore mezzo dissipativo (tipo un gas oppure un fluido) in grado di dissipare l'energia prodotta dalle onde (fononi); per questo motivo, lo stesso Yacobson preferisce chiamare questo innovativo sistema di raffreddamento con il termine "heat pipe" (tubo di calore) piuttosto che "heat sink" (dissipatore di calore).

Tramite questo sistema di raffreddamento, secondo i ricercatori, sarebbe possibile raggiungere un'elevata densità di calore (o meglio, un'elevata densità di dissipazione del calore): forse addirittura 1 kilowatt per centimetro quadrato, un'energia in grado di distruggere buona parte dei componenti elettronici tradizionali.

Un'altra interessante applicazione offerta dai nastri di grafene è la costruzione di guide d'onda per i fononi: si potrebbe addirittura pensare ad un avveniristico computer in cui i fononi, anzichè gli elettroni, veicolano la trasmissione dell'informazione viaggiando attraverso guide d'onda al grafene.

Il Dr. Yacobson, docente di Scienza dei Materiali alla Rice University, ha svolto numerosi studi non solo sul grafene, ma anche sul grafano, una variante nella quale il grafene è modificato aggiungendo atomi di idrogeno. Sia il grafene che il grafano (quest'ultimo caratterizzato da un'elevato potere isolante) hanno enormi potenzialità nel settore delle nanotecnologie e come parte integrante dei futuri componenti elettronici.

Yacobson stesso detiene diversi brevetti relativi all'utilizzo del grafene nella realizzazione di transistor per alte frequenze, e stima che nel futuro il silicio verrà progressivamente sostituito dal grafene per questi tipi di applicazioni (Yacobson aggiunge ironicamente: l'attuale Silicon Valley diventerà si evolverà nella futura "Carbon Valley"?).

Rice University - News & Media Relations

 

 

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ritratto di Tiziano.Pigliacelli

Bell'articolo, e argomento

Bell'articolo, e argomento davvero interessante, complimenti.
Sono davvero curioso di vederne gli sviluppi. Probabilmente ci vorrà del tempo, ma immagino che sia questa la direzione giusta per avere un salto tecnologico.

ritratto di Roby Tojo

Articolo molto interessante

È un'argomento molto interessante. Il grafene è un materiale destinato sicuramente ad aprire nuove frontiere in svariati campi delle nanotecnologie.
L'argomento merita di essere seguito con futuri articoli.
Per chi desidera vedere gli studi e le ricerche che si fanno in Italia riguardo il grafene suggerisco questo sito:

http://www.elettra.eu/index.php?option=com_acesearch&view=search&query=grafene&Itemid=705&...

Un saluto, Roby Tojo.

 

 

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