Электронные устройства следующего поколения, такие как новые компьютеры и другие мощные устройства, требуют больше энергии для работы. Когда они интенсивно работают, интенсивное тепло, которое они вырабатывают, может ограничить их производительность и надёжность. Именно поэтому учёные пытаются найти более эффективные и устойчивые материалы для охлаждения устройств.
Вэйнань Сюй, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета Теннесси в Ноксвилле, разработал новую концепцию производства и обработки материалов с тепловым интерфейсом на основе синергетического микробного биосинтеза — способа создания полезных материалов с помощью микробов, таких как бактерии.
Тепловые интерфейсные материалы — это специализированные вещества, вставляемые между электронными и охлаждающими устройствами для устранения крошечных воздушных карманов, чтобы тепло могло быстрее выводиться из устройства. Изменяя способы выращивания бактерий и обработку материала, можно скорректировать способность материала передавать тепло, известную как теплопроводность.
Новый подход Сюя показал теплопроводность в 5–10 раз выше, чем традиционные материалы для тепловых интерфейсов, а процесс стал более экологичным и устойчивым. Исследования Сюя были опубликованы в журнале Matter.
Графический аннотация. Фото: Matter (2026). DOI: 10.1016/j.matt.2026.102806«Наши биокомпозитные материалы могут быть очень уникальны бактериями. Если дать определённым видам бактерий сахара в качестве углерода и ионов металлов в качестве металлических предшественников, они смогут создавать для вас неорганические и органические материалы», — сказал Сюй. «Это одно из главных преимуществ нашего материала. Он может быть создан бактериями при комнатной температуре в водном растворе, что резко контрастирует с традиционными химическими методами обработки материалов, где требуются агрессивные химикаты и высокие температуры.»
«DARPA очень заинтересована в создании или разработке следующего поколения материалов теплового интерфейса, поскольку они крайне важны для электроники и устройства хранения энергии в военной технике», — сказал Сюй. «Они хотят разработать очень высокопроизводительный интерфейсный материал, и хотят, чтобы этот материал был сделан экологически чистым способом. Именно этого мы и добились благодаря этим исследованиям.»
Широкое применение
Обычные тепловые интерфейсные материалы в основном изготавливаются из искусственно созданных смесей и имеют ограничения по физическим свойствам и устойчивости.
Исследования Сюя, объединяющие микробный биосинтез и передовое производство, предлагают новый подход к устойчивому и интеллектуальному производству, что приводит к лучшей производительности, надёжности и долговечности.
Влияние исследований Сюя может распространиться за пределы производства материалов для термоуправления.
«Мы на самом деле работаем над использованием связанной концепции восстановления редкоземельных элементов, что сейчас очень важно», — сказал Сюй. «Для биомедицинских приложений многие структуры, которые вы создаёте, могут быть биосовместимы и для тканевой инженерии.»
Следующий шаг для Сюя и его группы — снизить стоимость и увеличить темпы производства нового процесса разработки на основе бактерий, чтобы сделать его более доступным.
«Метод, который мы используем сейчас, обычно занимает несколько дней или недель для получения окончательного материала», — сказал Сюй. «Мы ведём переговоры с отраслевыми партнёрами для изучения коммерциализации таких материалов для термоуправления, электроники и аккумуляторов, таких как электромобили, дроны и т.д.. Есть большой потенциал для масштабирования.»
Информация о публикации
Мусюань Ян и др., Устойчивые иерархические биокомпозиты с исключительной теплопроводностью на основе программируемого микробного биосинтеза, Matter (2026). DOI: 10.1016/j.matt.2026.102806