Un equipo internacional de investigadores, encabezado por el Instituto Nacional del Grafeno de la Universidad de Manchester, ha desarrollado un dispositivo innovador que permite controlar eléctricamente el flujo de calor. Este avance podría transformar la gestión térmica en aplicaciones aeroespaciales y electrónicas avanzadas. Los hallazgos se publicaron recientemente en la revista Science Advances.
El equipo introdujo un nuevo tipo de interruptor térmico que utiliza películas de grafito con alta conductividad térmica. Al aplicar un voltaje, los iones se insertan entre las capas de grafito, interrumpiendo el movimiento de los fonones y reduciendo la conductividad térmica hasta en un 1,300%. Cuando se elimina el voltaje, los iones son expulsados y se restaura la capacidad original para transportar calor. Esta modulación permite al dispositivo activar o desactivar la conducción térmica a voluntad, similar a cómo funcionan los transistores electrónicos, pero enfocado en el calor.
Avances significativos en tecnología térmica
El profesor Coskun Kocabas, uno de los investigadores principales, afirmó: “Este descubrimiento representa un avance significativo en la tecnología de gestión térmica. Por primera vez, hemos demostrado un dispositivo electro-térmico práctico que proporciona control preciso y reversible sobre el transporte de calor”.
El Dr. Pietro Steiner, autor principal y líder tecnológico actual en tecnologías térmicas basadas en grafeno en SmartIR Ltd., una empresa derivada de la Universidad de Manchester, destacó: “Lo que hace que nuestro dispositivo sea verdaderamente transformador es su capacidad para operar de manera confiable en entornos extremos como el espacio”.
Aparte del simple encendido y apagado, el equipo demostró que su dispositivo puede dirigir activamente el flujo de calor hacia direcciones deseadas. Al configurar voltajes a través de electrodos diseñados específicamente, crearon caminos de conducción térmica anisotrópicos, abriendo así posibilidades para sistemas de gestión térmica programables.
Posibilidades futuras y aplicaciones espaciales
El profesor Kocabas añadió: “Esta tecnología de conmutación térmica podría revolucionar la regulación térmica en naves espaciales, ofreciendo soluciones dinámicas y reconfigurables para gestionar el exceso de calor sin mecanismos móviles complejos o radiadores voluminosos”.
Tradicionalmente, las naves espaciales dependen de radiadores o válvulas mecánicas para disipar el exceso de calor. Estos sistemas añaden peso y corren el riesgo de fallar mecánicamente bajo vibraciones. Un interruptor delgado y sólido elimina esas limitaciones; puede operar en vacío ultra-alto y tolerar niveles de radiación encontrados en órbita.
A continuación, el grupo planea probar la velocidad del interruptor bajo altas cargas térmicas e integrarlo con prototipos electrónicos. Se espera que un movimiento iónico más rápido y otros intercalantes alternativos puedan mejorar aún más su rendimiento. Al vincular directamente las señales eléctricas con el transporte del calor, este trabajo sienta las bases para una gestión térmica programable en aplicaciones aeroespaciales, refrigeración electrónica e aislamiento adaptativo.
Este estudio fue publicado en la revista Science Advances.
Título completo: Transporte de calor controlado eléctricamente en películas de grafito mediante intercalación reversible de líquidos iónicos.
DOI: 10.1126/sciadv.adw8588
El Instituto Nacional del Grafeno (NGI) es un centro líder mundial en investigación sobre grafeno y materiales bidimensionales, centrado en investigaciones fundamentales.
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