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TECH INSIGHT
NEWS/ TECHNOLOGIES
La tecnologia
NanoThermoMechanical
Francesco Ferrari
R
icercatori dell’
University of Nebraska-Lincoln’s Department of Mechanical & Materials Engineering
hanno recentemente pubblicato un documento su una tecnologia chiamata “NanoThermoMechanical” che
può essere utilizzata per realizzare dei diodi particola-
ri, a loro volta utilizzabili come componenti di base per
costruire computer in grado di lavorare a temperature
molte elevate. I componenti realizzati con questa tecno-
logia possono operare a temperature di 600 K (326 °C) e i
ricercatori ritengono che si possano raggiungere tempe-
rature anche più elevate ottimizzando il progetto.
A differenza dei dispositivi elettronici però le memorie e
la logica realizzate con componenti basati su tecnologia
NanoThermoMechanical utilizzano il calore e non l’ener-
gia elettrica per memorizzare i dati e elaborarli e si basa-
no sul principio della near-field thermal radiation (NFTR),
un sistema per trasferire il calore tramite radiazione ter-
mica tra due superfici, fenomeno che si verifica quando
la distanza che le separa diventa molto piccola, cioè con-
frontabile con la lunghezza d’onda della radiazione.
Questo tipo dispositivi può operare in ambienti particolarmente caldi e ostili dove sarebbe impossibile usare
l’elettronica tradizionale. In effetti i possibili campi di applicazione non sono moltissimi, e vanno dalle trivella-
zioni ad altissima profondità per la ricerca di petrolio e fonti geotermiche, alle missioni spaziali come quelle su
Giove o su Venere dove le temperature medie sono di diverse centinaia di gradi.
Un diodo termico funziona sostanzialmente come il suo equivalente elettronico: permette il passaggio di ener-
gia, in questo caso termica, in una direzione, ma non nell’altra. Questa capacità dei diodi di controllare la di-
rezione di un flusso consente di produrre due distinti livelli di segnale, ponendo le basi per implementare una
logica binaria composta da 0 e 1.
I nuovi diodi termici possono avere due distinti livelli di flusso di calore tramite il controllo della distanza fra
due superfici formate da un terminale fisso e da uno mobile. I ricercatori hanno dimostrato che, cambiando la
temperature relative dei due terminali, cambia anche il gap size tra loro, che modifica la quantità di trasferi-
mento di calore che a sua volta dipende dalla direzione del flusso.
È la prima volta che i ricercatori sfruttano la
relazione fra questi quattro parametri (tempe-
ratura, separation gap, livello di trasferimento
del calore e direzione del flusso di calore) per
realizzare un diodo termico. Dal punto di vista
pratico, il dispositivo consiste in 24 coppie di
terminali fissi e mobili con due microheatehers
che controllano indipendentemente e misurano
le temperature di ciascuna coppia di terminali.
I componenti con questo tipo di tecnologia pos-
sono essere alimentati con il calore dissipato da
altre applicazioni. Un altro vantaggio di questa
tecnologia è che i diodi termici possono essere
facilmente implementati dato che non richiedo-
no materiali rari, ma soltanto tecniche già note
da tempo dall’industria dei semiconduttori.
Il rettificatore è composto da un terminale fisso (in alto),
un terminale mobile (in basso) e una struttura espandibile
termicamente (Fonte: Elzouka, M. and Ndao, S. High Temperature
Near-Field NanoThermoMechanical Rectification. Sci. Rep. 7, 44901;
doi: 10.1038/srep44901 – 2017)
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- ELETTRONICA OGGI 462 - MAGGIO 2017
Micrografia per scansione eletttronica del microdispositivo dimostrativo (Fonte:
Elzouka, M. and Ndao, S. High Temperature Near-Field NanoThermoMechanical
Rectification. Sci. Rep. 7, 44901; doi: 10.1038/srep44901 – 2017)