Quante volte, dopo ore passate a digitare sulla tastiera, sentite la ventola del computer girare vorticosamente cercando di raffreddare i componenti elettronici? Il surriscaldamento dei chip è un problema noto, che non ha ancora trovato una soluzione definitiva. Almeno fino ad oggi: un team di ricercatori del MIT ha infatti sviluppato un software in grado di progettare un nanomateriale capace di condurre il calore nella direzione desiderata senza bisogno di energia, ma solo grazie alla propria particolare struttura.
Se i chip venissero costruiti con questo nanomateriale potrebbero canalizzare il calore in una sola direzione, mantenendo il pc fresco senza bisogno di usare ulteriore energia per azionare ventole o altri sistemi di raffreddamento. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Structural and Multidisciplinary Optimization.
Una ola di calore. Nei semiconduttori il calore viaggia attraverso le vibrazioni: le molecole vibrano più velocemente quando si scaldano, e contagiano i gruppi di molecole vicine facendole vibrare a loro volta, producendo una sorta di “ola” che fa sì che il calore si irradi in tutto il materiale. Queste vibrazioni vengono raccolte in diversi “pacchetti di energia”, che si chiamano fononi.
Per controllare il modo in cui il calore si espande lungo il materiale bisogna quindi controllare il movimento dei fononi: per farlo, occorrerebbe modificare la struttura del materiale attraverso il quale essi passano, in modo che il calore venga incanalato in una precisa direzione.
Progettazione virtuale. Il problema è che le strutture possibili sono virtualmente infinite: impossibile dunque andare per tentativi casuali, e nemmeno testarle tutte per scoprire quale sia quella più adatta. Per questo i ricercatori hanno preso a prestito una tecnica inizialmente sviluppata per progettare ponti, che ha permesso loro di creare un’immagine virtuale della struttura del materiale e modificarla, con l’aiuto di un algoritmo, fino a trovare quella perfetta per ottenere la proprietà desiderata.
Materiali termoelettrici. Oltre a consentire la progettazione di materiali che conducono il calore nella direzione voluta, il software del MIT permette anche di concepire la struttura ideale per creare materiali termoelettrici, che convertono cioè il calore in elettricità. Questi materiali troverebbero applicazione in diversi campi: «Potrebbero ad esempio catturare il calore disperso dai motori a razzo e utilizzarlo per alimentare una nave spaziale», spiega Giuseppe Romano, coordinatore dello studio.
Il prossimo passo della ricerca è studiare nuovi materiali da ottimizzare, come le leghe metalliche, e trovare il modo di migliorare la conduttività termica in tre dimensioni, invece che solo orizzontalmente e verticalmente.
