Trouver un point commun : Pieds de gecko et le Heat-Spring

Vous avez sûrement déjà fait l'expérience d'une forme collante et extensible que vous jetez contre un mur et qui tombe furtivement au sol. On croit souvent à tort que les orteils des geckos sont tous similairement collants.

En fait, si les orteils du gecko avaient la même adhérence, il serait trop difficile pour un gecko de marcher ou même de courir ; les prédateurs profiteraient pleinement de cette lacune dans d'évolution. Si nous regardons de plus près le pied d'un gecko, les orteils sont en fait doux et lisses. Les orteils "collent" à une surface seulement si des microfibres, appelées soies, sont sorties, faisant glisser les orteils parallèlement à la surface.

Heat-Spring^®d'Indium Corporation emprunte à la nature : la malléabilité de l'indium minimise la résistance en surface et augmente le flux thermique. Les pics dans le motif Heat-Spring agissent comme les soies sur les doigts du gecko, permettant au Heat-Spring d'adhérer à une surface – à l'inverse d'un ressort élastique, l'adhérence permet au matériau de rester en contact pendant le cycle.

Les soies sont constituées de la protéine bêta kératine. Au niveau nanoscopique, les forces intermoléculaires dans les soies donnent lieu à une force d'adhérence de 1 à 1000 nanonewtons, une forte adhérence qui permet à un gecko de courir verticalement à une vitesse d'environ un mètre par seconde, mais qui n'est rien en comparaison de la gamme de pressions possibles de Heat-Spring, 35 psi à plus de 100 psi.

Les scientifiques d'Indium Corporation étaient très en avance sur la courbe de l'évolution : lorsque Heat-Spring a été conçu par Bob Jarrett et Jordan Ross il y a des années, c'était pour répondre à la demande d'un client qui souhaitait développer un matériau d'interface thermique (TIM) à haute performance. À l'époque, les TIM à base de polymères conventionnels rencontraient des problèmes intrinsèques dus à la faible conductivité des polymères. En moins d'un an, Heat-Spring est né. Par contre, des chercheurs ont établi que le caractère collant de l'orteil du gecko a mis des millions d'années pour évoluer, comme le prouve un gecko piégé dans de l'ambre au Crétacé.

Le Heat-Spring à l'indium a subi de nombreuses modifications au cours des premières étapes de sa conception, ou peut-être devrions-nous parler d'"évolution", car nos inventeurs ont essayé de comprendre comment ils pouvaient réduire la résistance de contact en modifiant la forme de la surface de l'indium. N'oubliez pas que l'ajout d'un motif réduit également la surface de contact. Ceci semblait contre-intuitif au regard des principes du transfert thermique. Cependant, comme la résistance thermique repose sur trois principes de base : la conductivité globale, la résistance de contact et l'épaisseur de la ligne de contact, une partie de l'équation peut affecter la résistance totale plus qu'une autre. Comme l'indium est mou et a une conductivité élevée, les chercheurs ont pu expérimenter différentes surfaces.

Comment ce film d'indium remédie-t-il aux défauts des TIM à base de polymères classiques (faible conductivité et décalage thermique entre le polymère et les produits de remplissage) ? D'après Jarrett : « L'indium... est très conducteur et adhère parfaitement aux surfaces de l'interface. Comme c'est un métal, il conduit la chaleur (et l'électricité) avec ses électrons, de sorte que le décalage thermique n'est pas un problème. Les polymères, les semi-conducteurs et la céramique d'apport des TIM à base de polymères reposent sur les vibrations du réseau pour conduire la chaleur. Si les fréquences de vibration ne correspondent pas, le transfert de chaleur est interrompu au niveau de chaque interface à l'intérieur du TIM. L'utilisation d'un métal conducteur (comme l'indium) règle complètement ce problème. »

Dans le monde d'aujourd'hui, l'Internet est de plus en plus intégré aux objets que nous utilisons le plus : télévisions, montres, réfrigérateurs, thermostats connectés, etc. Ces appareils sont connectés à de grands centres de données, qui consomment une énorme quantité d'énergie. Pour fonctionner plus rapidement, de façon plus économe en énergie et plus durable, le refroidissement par immersion est une technique clé utilisée pour la gestion thermique de ces équipements informatiques. Les composants sont "immergés″ dans un fluide caloporteur ou un liquide thermiquement conducteur mais diélectrique, et la chaleur est dissipée en faisant circuler le caloporteur. Heat-Spring est parfaitement adapté à cette application grâce à sa compressibilité et à son profil élevé.

Autre clin d'œil à la nature, Heat-Spring est fabriqué à partir d'indium pur, un élément durable pour lequel Indium Corporation fournit un programme de récupération et de recyclage. Cependant, en fonction de l'application, Heat-Spring est également disponible dans une diversité d'alliages, notamment InSn, InAg et Sn+.

En remerciant sincèrement l'évolution génétique qui a donné naissance aux geckos à pattes collantes, les chercheurs d'Indium Corporation se tournent souvent vers le monde naturel pour y puiser inspiration et créativité dans le développement de la prochaine génération de la science des matériaux.

Rédigé par Christian Vischi, spécialiste MarCom.