De nombreux patchs, aussi fins que la peau, sont en cours de développement pour détecter dans la sueur ou à l’aide d’autres variables cutanées, un certain nombre de mesures ou de résultats de santé. Ces patch-ultrafins promettent également des applications pour des dispositifs de pansement intelligents. Cependant, si les capteurs nanométriques et flexibles ont fait leurs preuves, il reste un défi, la « chaleur » de l’électronique. Cette équipe de l’Université de Hong Kong présente aujourd’hui, dans la revue Science Advances, une interface de refroidissement ultra-mince, douce et radiative, qui améliore la dissipation de la chaleur de tout cet électronique.
L’équipe offre ainsi une solution miniaturisée à la surchauffe de ces dispositifs électroniques portables de dernière génération, qui se « collent à la peau ». Car ces trackers actuels sous forme de patch entraînent un risque de brûlure de la peau ce qui accessoirement entraîne aussi une baisse de leurs performances :
dans les appareils électroniques, la chaleur peut être générée à la fois par des composants électroniques internes, lorsque le courant électrique traverse un conducteur, un processus connu sous le nom de chauffage Joule, et par des sources externes, telles que la lumière du soleil ou l'air chaud. Pour refroidir les appareils, à la fois radiatifs (c'est-à-dire le rayonnement thermique – émettant de l'énergie thermique à partir de la surface de l'appareil) et non radiatifs (c'est-à-dire la convection et la conduction – perdant de la chaleur dans la couche d'air immobile autour de l'appareil et par contact direct avec un objet froid) les processus de transfert de chaleur ont un rôle à jouer.
Les technologies actuelles reposent principalement sur des moyens non radiatifs pour dissiper la chaleur Joule accumulée.
Favoriser la dissipation de la chaleur dans le patch
Pour surmonter ce défi, l'équipe a développé un revêtement polymère composite multifonctionnel doté d’une capacité de refroidissement radiative et non radiative, qui n’utilise pas d'électricité et présente une portabilité et une capacité d'étirement élevées.
- La membrane permet une baisse de température supérieure à 56 °C et offre ainsi une alternative pour une gestion thermique efficace dans l'électronique portable avancée ;
- L'interface présente également une excellente capacité anti-interférences ambiantes, grâce à sa faible conductivité thermique, ce qui la rend moins sensible aux sources de chaleur environnementales qui pourraient réduire son effet de refroidissement.
« L'électronique qui ressemble à la peau est un développement émergent très prometteur », rappelle l’auteur principal, le Dr Yu Xinge, professeur de génie biomédical, « cependant, elle nécessite une dissipation thermique efficace à la fois cruciale pour l’expérience utilisateur et pour la stabilité de détection. Notre interface ultra-mince, douce et à refroidissement radiatif, composée d'un matériau photonique spécialement conçu, fournit une solution révolutionnaire pour permettre une surveillance confortable et stable ».
Plusieurs expériences démontrent que la flexibilité de l'interface de refroidissement permet aux appareils électroniques de bénéficier de ce refroidissement stable même en cas de déformations extrêmes, telles qu’une flexion, une torsion, un pliage et ou un étirement répété.
Des applications pour la surveillance des soins de santé sont en cours de développement.
Source: Science Advances April, 2023 DOI: 10.1126/sciadv.adg1837 Ultrathin, soft, radiative cooling interfaces for advanced thermal management in skin electronics
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