Våra telefoner och elektroniska enheter kan snart bli mindre och snyggare utan risk för överhettning tack vare mikrokapslar som förvandlas på ett ögonblick.
Dr Goran Vladisavljevic, från Loughborough University, och ett team av forskare har designat och tillverkat mikrokapslar fyllda med "phase change materials" (PCM) som absorberar värme genom att förvandlas från fast till vätska när temperaturen är förhöjd.
Uppsatsen, med titeln "Lego-Inspired Glass Capillary Microfluidic Device:A Technique for Bespoke Microencapsulation of Phase Change Materials", publiceras i ACS Applied Materials and Interfaces .
Kapslarna – som är cirka 0,2 mm breda och inte kräver någon energikälla – skulle kunna användas för att absorbera betydande mängder värme som annars skulle överföras till element i elektroniska enheter.
De kan återanvändas på obestämd tid utan att förlora sin effektivitet, säger Dr. Vladisavljevic, eftersom när temperaturen sjunker stelnar de spontant och "återställs".
Han förklarade, "Mikrokapslarna är beroende av ett naturligt fenomen av smältning och kristallisation som orsakas när omgivningstemperaturen är över eller under smälttemperaturen för fasförändringsmaterialet.
"Antag att överhettning sker över 80°C. När temperaturen i en enhet överstiger 80°C kommer värmeenergi att absorberas av kapslarna när fasförändringsmaterialet övergår från fast till flytande.
"När temperaturen sänks under 80°C kommer den lagrade energin att frigöras långsamt när fasförändringsmaterialet börjar stelna.
"Målet är att undertrycka temperaturtoppar i elektroniska delar och batteripaket under belastningstoppar, till exempel under korta perioder med maximal strömförbrukning."
Andra forskare har tidigare kunnat skapa PCM-innehållande mikrokapslar, men metoderna som användes för att skapa dem involverade komplexa, svårupprepade kemiska processer, vilket resulterade i olikformiga mikrokapslar.
Dr. Vladisavljevic och teamet har utvecklat en unik, mycket reproducerbar, automatisk process som producerar enhetliga mikrokapslar med hjälp av UV-ljus och en speciell mikrofluidisk enhet – vars design var inspirerad av legoklossar.
Enheten – tillverkad vid Loughborough University med hjälp av en automatiserad datorprocess – producerar enhetliga droppar av PCM:er inneslutna i ett vätskeskal.
Detta skal hårdnar på flera sekunder när det utsätts för UV-ljus, vilket resulterar i fasta kapslar.
Med hjälp av denna unika process kan kapslar tillverkas med olika storlekar, tjocklekar och typer av PCM-material, beroende på vad som behövs, säger Dr. Vladisavljevic. De kan till och med göras magnetiska, vilket innebär att de kan flyttas runt i en enhet dit de behövs som mest.
Dr. Vladisavljevic sa:"Det finns en global aptit för mindre elektroniska enheter, men en barriär för deras utveckling är värmen som produceras från elektriska strömmar som strömmar genom enheternas integrerade kretsar. Denna forskning presenterar en lösning.
"Kapslarna kan användas för att kyla elektroniska enheter, som smartphones eller bärbara datorer, och kan till och med användas för att kyla batterier eller solenergigeneratorer.
"Kapslarna har testats för mekanisk stabilitet vid University of Birmingham och för hållbarhet vid Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland.
"Vi är glada över att utveckla kapslarna ytterligare och hoppas kunna testa dem inom industrin inom en snar framtid."
Mer information: Sumit Parvate et al, Lego-inspirerad glaskapillär mikrofluidisk anordning:en teknik för skräddarsydd mikroinkapsling av fasförändringsmaterial, ACS-tillämpade material och gränssnitt (2023). DOI:10.1021/acsami.3c00281
Journalinformation: ACS-tillämpade material och gränssnitt
Tillhandahålls av Loughborough University
