El exceso de calor de los dispositivos electrónicos o mecánicos es un signo o causa de un rendimiento ineficiente y, en muchos casos, los sensores incorporados para monitorizar el flujo de calor podrían ayudar a los ingenieros a modificar el comportamiento o los diseños de los dispositivos para mejorar su eficiencia. Los investigadores de la Universidad de Tokio (Japón) están estudiando un fenómeno termoeléctrico novedoso para construir un sensor delgado que puede visualizar el flujo de calor en tiempo real. El sensor podría construirse en el interior de los dispositivos donde otros tipos de sensores no son prácticos. También es rápido, económico y fácil de fabricar utilizando métodos bien establecidos.
De acuerdo con la ley de conservación de la energía, la energía nunca se crea ni se destruye, sino que solo cambia de forma dependiendo de la interacción entre las entidades involucradas. Toda la energía eventualmente termina como calor. Los investigadores consideran que cuanto mejor se pueda gestionar el comportamiento térmico de un dispositivo, mejor se podrá diseñar este efecto inevitable y mejorar la eficiencia del dispositivo en cuestión.
Estudio de los patrones de flujo de calor
El equipo de investigación de la Universidad de Tokio exploró la forma en que un sensor de flujo de calor que consta de ciertos materiales y electrodos magnéticos especiales se comporta cuando hay patrones complejos de flujo de calor. El material magnético a base de hierro y galio exhibe un fenómeno conocido como efecto Nernst anómalo (ANE), que es donde la energía térmica se convierte inusualmente en una señal eléctrica.
Sin embargo, este no es el único efecto magnético que puede convertir el calor en energía. También está el efecto Seebeck, que en realidad puede crear más energía eléctrica, pero requiere una gran cantidad de material, y los materiales son frágiles, por lo que es difícil trabajar con ellos. Por otro lado, ANE permitió al equipo diseñar su dispositivo en una lámina de plástico increíblemente delgada y maleable.
Solución de sensor de calor
Utilizar materiales magnéticos y de electrodos correctos, para aplicarlos en un patrón repetitivo especial, facilita la creación de circuitos electrónicos microscópicos que son flexibles, robustos, baratos y fáciles de producir, y son muy buenos para generar datos de flujo de calor en tiempo real.
El método de la universidad consiste en enrollar una lámina delgada de plástico PET transparente, fuerte y liviano como capa base, con materiales magnéticos y de electrodos pulverizados sobre ella en capas delgadas y consistentes. Posteriormente, se graban los patrones deseados en la película resultante, de forma similar a como se hacen los circuitos electrónicos.
El equipo diseñó los circuitos de una manera particular para impulsar ANE y al mismo tiempo suprimir el efecto Seebeck, ya que esto realmente interfiere con el potencial de recopilación de datos de ANE.