Несмотря на свою эффективность, этот метод ограничен ощутимым теплом воды.
Наглядное изображение микрочипа.
Freepik
Японские исследователи объединили геометрию микроканалов с капиллярными структурами, чтобы установить рекорд производительности, открыв путь к достижениям в области электроники и устойчивых технологий.
Закон Мура подпитывал десятилетия прогресса в электронике, при этом чипы становились все меньше и мощнее. Но эта миниатюризация имеет свою цену — больше тепла в меньшем пространстве, что доводит существующие методы охлаждения до предела. Чтобы справиться с этой растущей проблемой, исследователи из Института промышленных наук Токийского университета разработали новую технологию охлаждения для микрочипов, прорыв, опубликованный в Cell Reports Physical Science.
Поскольку чипы уменьшаются, исследователи из Токио пересматривают концепцию охлаждения
Один из самых эффективных методов охлаждения на сегодняшний день использует микроканалы, встроенные в чип, для циркуляции воды и отвода тепла. Но этот подход ограничен явным теплом воды — энергией, которую она может поглотить до закипания. Для сравнения, скрытое тепло, выделяемое при кипении, примерно в семь раз выше, что обеспечивает гораздо больший потенциал охлаждения.
Хотя этот метод эффективен, он ограничен явным теплом воды — энергией, необходимой для повышения температуры без фазового перехода. Для сравнения, скрытое тепло, поглощаемое при кипении или испарении, примерно в семь раз выше, что обеспечивает гораздо больший потенциал охлаждения.
По словам исследователей, использование скрытого тепла воды позволяет реализовать двухфазное охлаждение, что приводит к значительному повышению эффективности рассеивания тепла.
Предыдущие исследования показали перспективность двухфазного охлаждения, но также указали на проблемы, в основном в управлении потоком пузырьков пара после нагрева. Поэтому для максимизации эффективности теплопередачи необходимо оптимизировать такие факторы, как конструкция микроканала, управление двухфазным потоком и сопротивление потоку.
Использование 3D-микрофлюидных каналов для повышения эффективности
Это исследование представляет собой инновационную систему водяного охлаждения, которая включает в себя 3D микрофлюидные каналы, капиллярные структуры и распределительный слой коллектора. Команда разработала и протестировала различные капиллярные геометрии, чтобы оценить их производительность в различных условиях.
Результаты показали, что как геометрия микроканалов, направляющих поток охлаждающей жидкости, так и каналы коллектора, регулирующие распределение охлаждающей жидкости, влияют на тепловые и гидравлические характеристики системы.
По словам исследователей, коэффициент производительности (COP), измеряющий отношение полезной мощности охлаждения к требуемой потребляемой энергии, достиг 105, что является значительным улучшением по сравнению с традиционными методами охлаждения. Команда считает, что эта конструкция может открыть новые возможности для управления температурой в мощных электронных устройствах, что имеет важное значение для продвижения технологий следующего поколения.
Кроме того, система имеет потенциал для пассивной работы, используя фазовые изменения жидкости для рассеивания тепла посредством конвекции, устраняя необходимость в насосном механизме. Таким образом, эта технология имеет широкое применение за пределами электроники, в том числе в лазерах, фотодетекторах, светодиодах и радиолокационных системах, а также в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
Ученые, участвующие в исследовании, отмечают, что поскольку высокопроизводительная электроника становится все более мощной и компактной, оно может значительно повысить эффективность и устойчивость устройств, а также способствовать достижению цели углеродной нейтральности за счет улучшения терморегулирования.
Sourse: interestingengineering.com
