Des chercheurs de Fraunhofer US, une filiale internationale indépendante de la Fraunhofer-Gesellschaft, ont réussi à développer des nano-membranes très fines à partir de diamants synthétiques qui peuvent être intégrées dans des composants électroniques, réduisant ainsi la charge thermique locale jusqu'à 10 fois. Cela contribue à améliorer les performances routières et la durée de vie des voitures électriques et à réduire considérablement le temps de charge des batteries.
Selon les scientifiques, le diamant est connu pour sa conductivité thermique élevée, quatre à cinq fois supérieure à celle du cuivre. C’est pour cette raison qu’il s’agit d’un matériau particulièrement intéressant lorsqu’il s’agit de refroidir l’électronique de puissance dans les transports électriques, le photovoltaïque ou les systèmes de stockage.
Jusqu'à présent, les dissipateurs thermiques constitués de plaques de cuivre ou d'aluminium augmentaient la surface d'émission de chaleur des composants qui produisent de la chaleur, évitant ainsi les dommages dus à la surchauffe. Mais les nouvelles nano-membranes fabriquées à partir de diamants synthétiques, plus fines qu'un cheveu humain, peuvent être intégrées directement dans des composants électroniques pour refroidir l'électronique de puissance des véhicules électriques, qui transfèrent l'énergie de traction de la batterie au moteur électrique et convertissent le courant du courant direct. courant en courant alternatif.
Ces nano-membranes flexibles et électriquement isolantes ont le potentiel de réduire la charge thermique locale des composants électroniques, tels que les régulateurs de courant des moteurs électriques, augmentant ainsi l'efficacité énergétique, la durée de vie et les performances routières des véhicules électriques.
Lorsqu'elles sont utilisées dans l'infrastructure de recharge, les membranes en diamant contribuent également à des vitesses de recharge cinq fois supérieures à la moyenne actuelle.
Les chercheurs ont souligné que, de manière générale, l’application d’une couche de cuivre sous le composant améliore le flux thermique. Cependant, il existe entre le cuivre et le composant une couche d’oxyde ou de nitrure électriquement isolante, qui a une mauvaise conductivité thermique.
« Nous souhaitons remplacer cette couche intermédiaire par notre nanomembrane en diamant, qui est extrêmement efficace pour transférer la chaleur au cuivre, car les diamants peuvent être transformés en chemins conducteurs », Matthias Mühle, responsable du groupe Diamond Technologies au Fraunhofer US Center Midwest CMW. , a déclaré dans un communiqué aux médias. « Notre membrane étant flexible et autoportante, elle peut être positionnée n'importe où sur le composant ou le cuivre ou intégrée directement dans le circuit de refroidissement.
Mühle et son équipe y sont parvenus en faisant croître la nanomembrane de diamant polycristallin sur une plaquette de silicium séparée, puis en la détachant, en la retournant et en gravant l'arrière de la couche de diamant. Il en résulte un diamant lisse et autonome qui peut être chauffé à une basse température de 80 °C et ensuite fixé au composant.
« Le traitement thermique lie automatiquement la membrane d’un micromètre d’épaisseur au composant électronique. Le diamant n’est alors plus autonome mais intégré au système », précise l’expert.
La nanomembrane peut être produite à l’échelle d’une tranche de quatre pouces ou plus, ce qui la rend bien adaptée aux applications industrielles.
Selon Mühle, un brevet a déjà été déposé pour ce développement. Les tests d'application avec des onduleurs et des transformateurs dans des domaines d'application tels que le transport électrique et les télécommunications devraient commencer cette année.
