초박형 광자 소재로 웨어러블 전자 장치 냉각

초박형 광자 소재로 웨어러블 전자 장치 냉각: 피부와 유사한 웨어러블 전자 장치의 과열은 피부 화상 위험을 증가시키고 성능 저하를 초래합니다. 연구팀이 이끄는 연구팀홍콩 시립대학교(CityU)56°C 이상의 온도 강하로 장치의 열 방출을 크게 향상시키는 광자 물질 기반의 "부드럽고 초박형 복사 냉각 인터페이스"를 개발하여 고급 웨어러블 전자 장치의 효과적인 열 관리를 위한 대안을 제공합니다.

“피부와 유사한 전자 장치는 웨어러블 장치에서 새로운 발전을 이루고 있습니다.”유 싱게 박사 , 연구를 공동 주도한 CityU 의생명공학과(BME) 부교수. “효과적인 열 방출은 감지 안정성과 우수한 사용자 경험을 유지하는 데 매우 중요합니다. 전용 설계된 광자 소재로 제작된 매우 얇고 부드러운 복사 냉각 인터페이스는 편안하고 장기적인 의료 모니터링과 가상 및 증강 현실(VR/AR) 애플리케이션을 가능하게 하는 혁신적인 솔루션을 제공합니다.”

전자 장치에서는 전류가 도체를 통과할 때 내부 전자 부품(줄 가열(Joule Heating)이라고 알려진 과정)과 햇빛 및 뜨거운 공기와 같은 외부 소스 모두에서 열이 생성될 수 있습니다. 장치를 냉각시키기 위해 복사성(예: 열복사 - 장치 표면에서 열 에너지 방출) 및 비복사성(예: 대류 및 전도 - 차가운 물체와의 직접 접촉을 통해 장치 주변의 정지 공기층으로 열을 잃음) ) 열전달 과정이 중요한 역할을 할 수 있습니다.

그러나 현재 기술은 축적된 줄열을 소멸시키기 위해 주로 비복사 수단에 의존합니다. 더욱이, 재료는 일반적으로 부피가 크고 단단하며 휴대성이 제한되어 무선 웨어러블 장치의 유연성을 방해합니다.

이러한 단점을 극복하기 위해 연구팀은 전기를 사용하지 않고 복사 및 비방사 냉각 능력을 모두 갖추고 착용성과 신축성이 향상된 다기능 복합 폴리머 코팅을 개발했습니다.

냉각 인터페이스 코팅은 적외선 복사를 개선하기 위한 중공 이산화규소(SiO2) 미세구와 태양 반사를 향상시키기 위한 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 및 형광 색소로 구성됩니다. 두께가 1밀리미터도 안 되는 가벼움(약 1.27g/cm2)과 견고한 기계적 유연성을 갖추고 있습니다.

초박형 광자 소재로 웨어러블 전자 장치 냉각: 전자 장치에서 열이 생성되면 냉각 인터페이스 층으로 흐르고 열 복사 및 공기 대류를 통해 주변 환경으로 소산됩니다. 인터페이스 레이어 위의 열린 공간은 더 시원한 방열판과 추가 열 교환 채널을 제공합니다. 또한 인터페이스는 낮은 열 전도성으로 인해 우수한 주변 간섭 방지 기능을 나타내므로 장치의 냉각 효과와 성능에 영향을 줄 수 있는 환경 열원에 덜 민감합니다.

냉각 용량을 조사하기 위해 냉각 인터페이스 레이어를 전자 장치의 온도 상승을 유발하는 일반적인 구성 요소인 금속 저항 와이어에 컨포멀하게 코팅했습니다. 코팅 두께 75μm에서는 입력 전류 0.5A에서 코팅되지 않은 와이어에 비해 와이어 온도가 140.5°C에서 101.3°C로 떨어졌고, 600μm 두께에서는 84.2°C까지 떨어지면서 온도 강하를 달성했습니다. 56°C 이상.

Yu 박사는 “피부 화상을 방지하려면 장치 온도를 44°C 미만으로 유지해야 합니다.”라고 말했습니다. "우리의 냉각 인터페이스는 150μm 두께의 코팅으로 저항선을 64.1°C에서 42.1°C로 냉각할 수 있습니다."

효율적인 수동 복사 냉각 용량과 정교한 비복사 열 설계를 통해 팀이 개발한 여러 피부 전자 장치의 성능이 크게 향상되었습니다. 여기에는 발광 다이오드(LED)로의 무선 전력 전송 효율성 및 피부 신호 안정성이 포함됩니다. 환경적 장애물(예: 햇빛, 뜨거운 바람, 물) 하에서 인터페이스된 무선 센서.