Encontrar un terreno común: Las patas de gecko y Heat-Spring

Sin duda habrá visto una figura pegajosa y elástica que se puede arrojar contra una pared y se desliza lentamente hacia el suelo. Existe la idea errónea de que los dedos de las patas de los geckos son igualmente pegajosos.

Sin embargo, si los dedos de las patas de gecko tuvieran esa misma adhesión, para un gecko resultaría demasiado difícil correr o incluso caminar. Los depredadores disfrutarían plenamente de ese fallo evolutivo. Si nos fijamos en la pata de un gecko, los dedos, de hecho, se sienten suaves y lisos. Los dedos de las patas solo se "pegarán" a una superficie cuando unas microfibras, llamadas setas, se acoplen, al deslizar los dedos de forma paralela a la superficie.

Heat-Spring® de Indium Corporation copia a la naturaleza: la maleabilidad del indio minimiza la resistencia de la superficie y aumenta el flujo de calor. Los picos en el patrón de Heat-Spring actúan igual que las setas en los dedos de los geckos y permiten que Heat-Spring se adhiera a una superficie, en lugar de un resorte elástico, la adhesión permite que el material permanezca en contacto a través de los ciclos.

Las setas están constituidas por proteína beta queratina. A nivel nanoscópico, las fuerzas intermoleculares de las setas dan como resultado una fuerza adhesiva de 1 a 1000 nanoNewtons, una adherencia fuerte, que permite que un gecko corra verticalmente a aproximadamente tres pies por segundo, pero, palidece en comparación con el rango de presión del que es capaz Heat-Spring que está entre los 35 psi y los 100+ psi.

Los científicos de Indium Corporation estaban muy por delante de la evolución: cuando Bob Jarrett y Jordan Ross diseñaron Heat-Spring hace años, lo hicieron para satisfacer una necesidad impulsada por el cliente de desarrollar un material de interfaz térmica (TIM) de alto rendimiento. Los TIM de polímeros convencionales en ese momento tenían problemas inherentes debido a la baja conductividad de los polímeros. En menos de un año, nació Heat-Spring. Por el contrario, los investigadores han determinado que la adherencia de los dedos de las patas del gecko tardó millones de años en desarrollarse, como lo demuestra un gecko atrapado en ámbar del Cretácico.

El Heat-Spring de indio pasó por muchas iteraciones a lo largo de sus primeras etapas de diseño, o tal vez deberíamos llamarle "evolución", ya que nuestros inventores intentaron comprender cómo podían reducir la resistencia al contacto al cambiar la forma superficial del indio. Tenga en cuenta que agregar un patrón también redujo el área de contacto. Esto parecía contraintuitivo respecto a los principios de transferencia térmica. Sin embargo, debido a que la resistencia térmica consta de tres principios básicos: conductividad en volumen, resistencia de contacto y espesor de la línea de unión, una parte de la ecuación puede afectar la resistencia total más que otra. Dado que el indio es suave y tiene una alta conductividad, los inventores pudieron jugar con diferentes superficies.

¿Cómo aborda esta película de indio las deficiencias de los TIM de polímero convencionales (baja conductividad y el desajuste térmico entre el polímero y los rellenos de conductores)? Según Jarrett: "El Indio... es altamente conductor y se adapta a las superficies de interfaz. Debido a que es un metal, conduce calor (y electricidad) con sus electrones, por lo que el desajuste térmico no es un problema. Los polímeros, los semiconductores y el relleno cerámico de los TIM de polímero dependen de las vibraciones de la red para conducir el calor. Si las frecuencias de vibración no coinciden, la transferencia de calor se interrumpe entre cada interfaz dentro del TIM. Usar un metal conductor (como el indio) evita ese problema por completo".

En el mundo actual, Internet está cada vez más entrelazado con las cosas que más usamos: televisores inteligentes, relojes, refrigeradores, termostatos, etc. Estos dispositivos están conectados a grandes centros de datos, que consumen una enorme cantidad de energía. Para operar más rápido, de forma más energéticamente eficiente y sustentable, el enfriamiento por inmersión es una técnica fundamental que se utiliza para la gestión térmica en estos aparatos informáticos. Los componentes se "sumergen" en un líquido o refrigerante térmicamente conductor pero dieléctrico, y el calor se disipa al hacer circular el refrigerante. Heat-Spring es perfectamente adecuado para esta aplicación debido a su compresibilidad y patrón de alto perfil.

En otro guiño a la naturaleza, Heat-Spring está hecho de indio puro, un elemento sustentable para el cual Indium Corporation brinda un programa de recuperación y reciclaje. Sin embargo y en función de la aplicación, Heat-Spring también está disponible en una variedad de aleaciones, incluidos InSn, InAg y Sn+.

Con sincero agradecimiento por la evolución genética que ha producido los gekos con patas adherentes, los investigadores de Indium Corporation a menudo miran al mundo natural en busca de inspiración y creatividad en el desarrollo de la ciencia de materiales de próxima generación.

Escrito por el especialista de MarCom, Christian Vischi.