極薄フォトニック材料がウェアラブル電子機器を冷却

極薄フォトニック材料がウェアラブル電子機器を冷却: ウェアラブルの皮膚に似た電子デバイスが過熱すると、皮膚が火傷するリスクが高まり、パフォーマンスの低下につながります。 が率いる研究チーム香港城市大学 (CityU)は、デバイス内の熱放散を大幅に強化し、温度降下が 56°C 以上になるフォトニック材料ベースの「ソフトで超薄型の放射冷却インターフェース」を発明し、高度なウェアラブル エレクトロニクスにおける効果的な熱管理の代替手段を提供します。

「皮膚のようなエレクトロニクスは、ウェアラブルデバイスの新たな発展です」と彼は言いました。ユー・シンゲ博士 , CityUの生物医工学部（BME）の准教授が研究を共同主導しました。 「効果的な熱放散は、センシングの安定性と優れたユーザー エクスペリエンスを維持するために非常に重要です。 専用に設計されたフォトニック材料で作られた当社の極薄で柔らかい放射冷却インターフェースは、快適で長期的な医療モニタリングと仮想現実および拡張現実 (VR/AR) アプリケーションを可能にする革新的なソリューションを提供します。」

電子デバイスでは、電流が導体を通過するとき（ジュール加熱として知られるプロセス）、内部電子部品と太陽光や熱風などの外部源の両方から熱が発生することがあります。 デバイスを冷却するには、放射（つまり、熱放射 - デバイスの表面から熱エネルギーを放出する）と非放射（つまり、対流と伝導 - デバイスの周囲の静止空気の層や冷たい物体との直接接触による熱の損失）の両方を行います。 ) 熱伝達プロセスが役割を果たす可能性があります。

しかし、現在の技術は主に、蓄積されたジュール熱を放散する非放射手段に依存しています。 さらに、これらの材料は通常、かさばって硬く、携帯性が限られているため、ワイヤレス ウェアラブル デバイスの柔軟性が妨げられます。

これらの欠点を克服するために、研究チームは、電気を使用せずに放射冷却能力と非放射冷却能力の両方を備え、着用性と伸縮性が向上した多機能複合ポリマーコーティングを開発しました。

冷却界面コーティングは、赤外線放射を改善するための中空二酸化ケイ素 (SiO2) 微小球と、太陽光反射を高めるための二酸化チタン (TiO2) ナノ粒子と蛍光顔料で構成されています。 厚さは 1 ミリメートル未満で、軽量 (約 1.27g/cm2) で、堅牢な機械的柔軟性を備えています。

極薄フォトニック材料がウェアラブル電子機器を冷却: 電子デバイス内で熱が発生すると、熱は冷却界面層に流れ、熱放射と空気対流の両方を通じて周囲環境に放散します。 界面層の上のオープンスペースは、冷却されたヒートシンクと追加の熱交換チャネルを提供します。 このインターフェイスは、熱伝導率が低いため、優れた耐周囲干渉機能も発揮し、デバイスの冷却効果やパフォーマンスに影響を与える環境の熱源の影響を受けにくくなっています。

その冷却能力を調べるために、冷却界面層は、電子機器の温度上昇を引き起こす典型的なコンポーネントである金属抵抗線上にコンフォーマルにコーティングされました。 コーティング厚さ 75 μm では、入力電流 0.5 A でコーティングされていないワイヤと比較して、ワイヤの温度は 140.5 °C から 101.3 °C に低下し、厚さ 600 μm では 84.2 °C に低下し、温度降下を実現しました。 56℃以上。

「皮膚の火傷を避けるために、デバイスの温度を 44°C 未満に保つ必要があります」と Yu 博士は言います。 「当社の冷却インターフェースは、厚さ 150 μm のコーティングで抵抗線を 64.1 °C から 42.1 °C まで冷却できます。」

効率的な受動放射冷却能力と洗練された非放射熱設計により、発光ダイオード (LED) へのワイヤレス電力伝送の効率や皮膚の信号安定性など、チームが開発したいくつかの皮膚電子デバイスの性能が大幅に向上しました。環境障害物 (日光、熱風、水など) の下にあるインターフェース付きワイヤレスセンサー。