سوئیچ‌های حرارتی ساخته شده از فوم گرافنی می‌توانند حرارت دستگاه‌های الکترونیکی را تعدیل کنند. این ایده نوآورانه که توسط چند تن از مهندسین خلاق و خوش‌فکر دانشگاه پوردو (Purdue University) توسعه یافته، اختلالات عملکردی ناشی از گرما یا سرمای شدید در باتری‌های لیتیوم یونی تلفن‌های هوشمند و اتومبیل‌های الکتریکی را از بین می‌برد.

دستگاه‌های مدرنی همچون تلفن همراه یا خودروهای الکتریکی که از باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کنند، بسیار قوی به نظر می‌رسند. اما همیشه هم این‌طور نیست و برای مثال، اگر بخواهید از آن‌ها در گرما یا سرمای شدید استفاده کنید، خواهید دید که به دلیل شرایط دمایی، چقدر مستعد نقص و عملکرد پایین هستند. در واکنش به این مسئله، تیمی از مهندسین دانشگاه پوردو، موفق به ساخت نوعی سوئیچ حرارتی متشکل از فوم گرافنی قابل تراکم شده‌اند که امکان تنظیم درجه حرارت داخل و خارج دستگاه را فراهم نموده و عملاً یک مدیریت دمای نسبتاً پایدار و ثابت صورت می‌گیرد.

لازم به توضیح است که با کوچک‌تر و قدرتمندتر شدن دستگاه‌های الکترونیکی، مدیریت گرما به یک مسئله بسیار مهم تبدیل شده است. اغلب دستگاه‌های الکترونیکی، از حرارت غیرفعال مانند هدایت و همرفت برای انتقال حرارت اضافی استفاده می‌کنند، اما این سیستم قابل تنظیم نبوده و در شرایط دمای سرد، به هیچ وجه کمک نمی‌کند. سوئیچ‌های حرارتی مختلفی از سوی محققین و فناوران مختلف پیشنهاد شده است، اما با وجود مزایای نسبی هر یک از آن‌ها، باز هم مشکل بزرگی وجود دارد: «این سیستم‌ها، تنها بر روی 100 درصد روشن یا 100 درصد خاموش قابل تنظیم بوده و در نتیجه، قابلیت تنظیم تغییرات دما در داخل و خارج دستگاه را ندارند.

تینگتین دو (Tingting Du)، با همکاری دانشجویان و اساتید دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه پوردو، خواص حرارتی باتری‌های لیتیوم یونی و سایر دستگاه‌ها را مطالعه نموده و پس از تلاش فراوان، یک سوئیچ حرارتی پیوسته و قابل تنظیم توسعه داده است. باید توجه داشت که فوم گرافنی مورد استفاده در این فناوری، یک محصول کاملاً تجاری است که از ذرات نانوسکوپی کربن و مبتنی بر یک الگوی خاص حاوی حفرات کوچک هوا ساخته شده است. هنگامی که فوم فشرده نمی‌شود، به‌عنوان یک عایق عمل نموده و حفره‌های هوا، گرما را در خود نگه می‌دارند. در مقابل، هنگامی که فوم از نظر فیزیکی فشرده می‌شود، با خروج هوا، گرمای بیشتری خارج می‌شود. بسته به میزان فشرده شدن فوم، میزان انتقال حرارت هم قابل تنظیم خواهد بود.

آزمایش‌های اولیه نشان داد که یک نمونه با ضخامت 1.2 میلی‌متر از فوم گرافنی، در هنگام فشرده‌سازی کامل فوم، رسانایی حرارتی را تقریباً هشت برابر می‌کند. این فرآیند را می‌توان شبیه به یک مقاومت در مدار الکتریکی دانست که به جای تغییر مقدار جریان، میزان حرارت عبور داده شده را تغییر می‌دهد. مزیت کلیدی، تنظیم دمای داخل و خارج توسط سوئیچ حرارتی است. هنگامی که محیط بسیار گرم است، سوئیچ حرارتی می‌تواند گرما را منتقل نموده تا باتری‌ها خنک شوند و هنگامی که محیط بسیار سرد باشد، سوئیچ حرارتی از انتقال حرارت جلوگیری نموده تا باتری‌ها گرم نگه داشته شوند.

از آنجا که این فناوری دارای کاربردهای بالقوه‌ای فراتر از تلفن‌های همراه بوده و می‌تواند در لوازم الکترونیکی بزرگ‌تر مانند باتری خودروهای الکتریکی، وسایط نقلیه فضایی و حتی دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار گیرد، احتمالاً ارزش تجاری بسیار بالایی به همراه دارد. هدف نهایی این فناوری، بهره‌وری بیشتر انرژی بوده و تقاضای فزاینده برای مدیریت و تأمین انرژی، این سوئیچ حرارتی گرافنی را به یک گزینه بسیار ارزشمند مبدل می‌سازد.

مرجع: «Nanowerk»