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Séance de cours

Effets thermiques

Dans cours

MICRO-470: Scaling laws in micro & nanosystems

This class adresses scaling laws in MEMS/NEMS. The dominant physical effects and scaling effects when downsizing sensors and actuators in microsystems are discussed, across a broad range of actuation principles. ...

Description

Cette séance de cours couvre des sujets liés aux effets thermiques dans les micro et nanosystèmes, y compris la conduction gazeuse, la conductance thermique, le transfert de chaleur radiatif, les fluctuations de température, les pertes de chaleur dans les bolomètres microusinés et les accéléromètres thermiques. Il traite de la concurrence entre les pertes par conduction et par convection, de l'impact des petits écarts sur la conductivité thermique et de l'influence du rayonnement sur les coefficients de transfert de chaleur. La limitation ultime de la résolution dans les bolomètres MEMS en raison de la conduction du rayonnement est également explorée, ainsi que des stratégies pour moduler les paramètres thermiques pour améliorer la sensibilité et le contrôle de la bande passante.

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Enseignant·e·s (3)

Philippe Renaud

Philippe Renaud is Professor at the Microsystem Laboratory (LMIS4) at EPFL. He is also the scientific director of the EPFL Center of MicroNanoTechnology (CMI). His main research area is related to micronano technologies in biomedical applications (BioMEMS) with emphasis on cell-chips, nanofluidics and bioelectronics. Ph. Renaud is invloved in many scientifics papers in his research area. He received his diploma in physics from the University of Neuchâtel (1983) and his Ph.D. degree from the University of Lausanne (1988). He was postdoctoral fellow at University of California, Berkeley (1988-89) and then at the IBM Zürich Research Laboratory in Switzerland (1990-91). In 1992, he joined the Sensors and Actuators group of the Swiss Center for Electronics and Microtechnology (CSEM) at Neuchâtel, Switzerland. He was appointed assistant professor at EPFL in 1994 and full professor in 1997. In summer 1996, he was visiting professor at the Tohoku University, Japan. Ph. Renaud is active in several scientific committee (scientific journals, international conferences, scientific advisory boards of companies, PhD thesis committee). He is also co-founder of the Nanotech-Montreux conference. Ph. Renaud is committed to valorization of basic research through his involvement in several high-tech start-up companies.

Niels Quack

Prof. Dr. Niels Quack received the M.Sc. degree from Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland, in 2005, and the Dr.Sc. degree from Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), Zürich, Switzerland, in 2010. From 2011 to 2015, he was Postdoctoral Researcher and Visiting Scholar with the Integrated Photonics Laboratory, Berkeley Sensor and Actuator Center, University of California, Berkeley, CA, USA. From 2014 to 2015, he was Senior MEMS Engineer with Sercalo Microtechnology, Neuchâtel, Switzerland. He is currently an SNSF Assistant Professor with Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland. He has authored and co-authored more than 50 papers in leading technical journals and conferences. His research interests include photonic micro and nanosystems, with an emphasis on diamond photonics and silicon photonic MEMS. He is Steering Committee Member of the IEEE International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN) and served as General Chair of the IEEE OMN 2018 and the Latsis Symposium 2019 on Diamond Photonics. He is a Senior Member of IEEE, Member of The Optical Society (OSA) and life member of SPIE.

Source officielle

Concepts associés (19)

Conduction thermique

La conduction thermique (ou diffusion thermique) est un mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu, ou entre deux milieux en contact, et se réalisant sans déplacement global de matière (à l'échelle macroscopique) par opposition à la convection qui est un autre mode de transfert thermique. Elle peut s'interpréter comme la transmission de proche en proche de l'agitation thermique : un atome (ou une molécule) cède une partie de son énergie cinétique à l'atome voisin.

Transfert thermique

vignette|alt=Autour d'un feu, des mains reçoivent sa chaleur par rayonnement (sur le côté), par convection (au-dessus de ses flammes) et par conduction (à travers un ustensile en métal).|Les modes de transfert thermique ( en anglais pour « rayonnement »). Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est l'un des modes d'échange d'énergie interne entre deux systèmes, l'autre étant le travail : c'est un transfert d'énergie thermique qui s'effectue hors de l'équilibre thermodynamique.

Convection thermique

La convection (thermique) désigne le transfert d'énergie thermique au sein d'un fluide en mouvement ou entre un fluide en mouvement et une paroi solide. Ce transfert d'énergie est réalisé par deux modes de transfert élémentaire combinés que sont l'advection et la diffusion. La convection constitue, avec la conduction et le rayonnement, l'un des trois modes d'échange de chaleur entre deux systèmes, et diffère de ces derniers par la méthode de transfert.

Résistance thermique

La résistance thermique quantifie l'opposition à un flux thermique entre deux isothermes entre lesquels s'effectue un transfert thermique de sorte que : où est le flux thermique en watts (W) et est la différence de température en kelvins (K). La résistance thermique s'exprime en kelvins par watt (K/W). La résistance thermique surfacique (en mètres carrés-kelvins par watt, K·m·W-1, est son équivalent rapporté à la densité de flux thermique (en watts par mètre carré, W/m) : Cette dernière est davantage utilisée dans le cas des surfaces planes notamment dans le domaine de la thermique du bâtiment.

Conductivité thermique

La conductivité thermique (ou conductibilité thermique) d'un matériau est une grandeur physique qui caractérise sa capacité à diffuser la chaleur dans les milieux sans déplacement macroscopique de matière. C'est le rapport de l'énergie thermique (quantité de chaleur) transférée par unité de temps (donc homogène à une puissance, en watts) et de surface au gradient de température. Notée λ (anciennement K voire k), la conductivité thermique intervient notamment dans la loi de Fourier.

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