Pablo Javier PiacenteIngenieros de la Universidad de Chicago han creado una nueva técnica para desarrollar materiales innovadores que funcionan como aislantes térmicos y también pueden conducir el calor en diferentes direcciones, en ambos casos con gran eficacia y a microescala. Podrían ayudar a proteger los sectores más sensibles a las altas temperaturas en ordenadores portátiles o móviles, por ejemplo.
El calor está presente en cualquier acción, ya que la energía que genera un movimiento se despliega en forma natural. Sin embargo, uno de los grandes desafíos de la ingeniería es lograr mover el calor hacia dónde se necesita y retirarlo de espacios en los cuales no es bienvenido. Si fuera tan sencillo, no habría problemas para calentar una casa o para refrigerar un motor sobrecalentado.
Sin embargo, por el momento ese «Santo Grial» de la ingeniería no se ha creado, aunque quizás la nueva investigación puede marcar un avance importante al respecto, según puede apreciarse en las conclusiones del estudio, publicado recientemente en la revista Nature. Además, el avance se ha logrado a nivel microscópico, en un momento en el cual muchos dispositivos informáticos y electrónicos tienden a ser cada vez más pequeños.
El problema del calor a microescala
En esta clase de artefactos, cuando el calor no logra escapar podemos estar en serios problemas: las baterías se sobrecalientan y los dispositivos se vuelven ineficaces, reduciendo además su tiempo de vida útil. En consecuencia, desarrollar materiales que puedan gestionar mejor el calor es una de las necesidades más importantes de la industria electrónica.
Ahora, el nuevo material ofrece una esperanza: demuestra una excelente respuesta para aislar algunos sectores del calor y de dirigirlo en otras direcciones. La nueva técnica emplea capas ultradelgadas de láminas cristalinas, colocadas una encima de la otra.
Cuando se gira ligeramente cada capa, los átomos que conforman el material se alinean en una dirección específica. Debido a esto, el material puede «rediseñarse» en función de cada objetivo: algunos sectores se optimizan para bloquear el calor, mientras que otros funcionan como «paneles deslizantes» para llevar el calor hacia otras ubicaciones.
La organización atómica es diferente en cada área: en algunas capas del material presentará características únicas, que serán completamente distintas en otras. Gracias a esta condición, el nuevo material puede proteger algunos sectores del calor y utilizar otros para conducirlo y liberarlo.
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Aislante y conductor al mismo tiempo
Según una nota de prensa, no existe en la naturaleza un material que logre combinar excelentes resultados en cuanto a aislamiento térmico y conductividad térmica, obteniéndolo al mismo tiempo y en diferentes direcciones. Es así que la nueva técnica podría abrir un camino inédito, específicamente con respecto a dispositivos microscópicos capaces de gestionar el calor de forma inteligente.
En otras palabras, un dispositivo dotado con estos materiales podría ser capaz de reducir el calor en el sector de la batería, evitando que se sobrecaliente, pero al mismo tiempo lograría conducirlo hacia otros sectores que no resulten peligrosos para su funcionamiento.
Los especialistas destacaron que las pruebas realizadas con el nuevo material marcan una efectividad de aislamiento térmico cercana a la del aire, considerado como uno de los mejores aislantes que se conocen. Al mismo tiempo, el material mostró una elevada eficacia para transportar calor en diferentes direcciones.
Referencia
Extremely anisotropic van der Waals thermal conductors. Kim et al. Nature (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03867-8
Foto: un nuevo material logra conducir el calor de forma inteligente en dispositivos microscópicos: posee la misma eficacia como aislante térmico en determinados sectores que como conductor del calor en otros, transportándolo hacia áreas en las que no puede generar inconvenientes. Crédito: Max Berger en Unsplash.
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