Inżynierowie z Uniwersytetu w Rochester wykorzystują zaawansowane techniki obrazowania biologicznego do identyfikacji małych, przegrzanych komponentów, które zmniejszają wydajność urządzeń elektronicznych.

Urządzenia elektroniczne, takie jak laptopy i smartfony, często cierpią na problemy z transferem ciepła w skali nano, gdy się przegrzewają. Znalezienie źródła tego problemu może być bardzo trudne.

Precyzyjne mapowanie temperatury
Andrea Pickel, adiunkt w Katedrze Inżynierii Mechanicznej na Uniwersytecie w Rochester i naukowiec w Laboratorium Energii Laserowej, wyjaśnia, że tranzystory, podstawowe elementy nowoczesnej elektroniki, są bardzo małe, co sprawia, że ważne jest uzyskanie precyzyjnej mapy temperatury w celu identyfikacji przegrzanych części. To wymaga rozdzielczości w skali nano.

Innowacyjne podejścia
Istniejące techniki optycznej termometrii są niepraktyczne ze względu na swoje ograniczenia w rozdzielczości przestrzennej. Pickel i jej doktoranci, Ziyang Ye i Benjamin Harrington, opracowali nowe podejście wykorzystujące optyczne techniki fluorescencji super-rozdzielczej, które zostały nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii. W swoim badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science Advances opisują proces mapowania transferu ciepła przy użyciu luminescencyjnych nanocząstek.

Postęp technologiczny
Stosując silnie domieszkowane, nawracające nanocząstki na powierzchnię urządzenia, badacze osiągnęli wysokorozdzielczą termometrię w skali nano na odległości do 10 milimetrów. Jest to znaczna odległość w świecie mikroskopii super-rozdzielczej, gdzie zwykle pracuje się na mniej niż jeden milimetr.

Wyzwania i adaptacje
Pickel podkreśla, że chociaż techniki obrazowania biologicznego dostarczają inspiracji, ich zastosowanie w elektronice niesie ze sobą znaczące wyzwania ze względu na różne materiały. Biolodzy często używają płynów, takich jak woda lub olej, między soczewką a próbką, co nie jest odpowiednie dla urządzeń elektronicznych.

Zastosowanie w przemyśle
Technika została zademonstrowana na strukturze grzejnej, która tworzy ostre gradienty temperatury, ale Pickel twierdzi, że ich metoda może być używana do poprawy różnych komponentów elektronicznych. Zespół ma nadzieję zmniejszyć moc lasera potrzebnego do pomiaru i udoskonalić metody nakładania warstw nanocząstek na urządzenia.

Wsparcie i finansowanie
Badania są wspierane przez National Science Foundation i Uniwersytet w Rochester za pośrednictwem Furth Fund Award.

Źródło: University of Rochester