Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Китайские инженеры научили электронику потеть для охлаждения

Ruzhu Wang et al. / Joule, 2020

Китайские инженеры придумали, как охлаждать электронику при помощи испарения жидкости. Для этого они создали покрытие, которое набирает влагу из воздуха, затем испаряя ее при нагреве. В первую очередь, это востребовано для мобильных устройств, где невозможно установить вентилятор. Описание изобретения опубликовано в журнале Joule.

При работе электронные устройства могут сильно нагреваться — это легко заметить, например, пользуясь ресурсоемким приложением на смартфоне. Настольные компьютеры и ноутбуки также греются, и для охлаждения на них устанавливают радиаторы и вентиляторы. Для мобильных устройств это плохо подходит, а перегрев ведет к снижению скорости работы, программным ошибкам, а иногда и к необратимому повреждению, поэтому инженеры постоянно в поиске новых эффективных способов охлаждения.

Группа инженеров под руководством Ружу Вана (Ruzhu Wang) из Шанхайского университета транспорта предложила использовать систему, отдаленно напоминающую потоотделение у млекопитающих. Для этого они решили использовать металлорганические каркасные структуры (MOF). Это композиты, состоящие из наноскопических частиц полимеров и металлов. В них много микропор и, по сути, из этого материала изготавливают очень эффективные губки, которые способны набирать из воздуха влагу сами по себе. Ранее уже высказывались идеи добывать влагу из воздуха в пустынных районах при помощи таких композитов, но их высокая цена за грамм пока не позволяет сделать эту технологию массовой.

Идея китайских инженеров проста — покрыть нагревающиеся поверхности MOF. При малой нагрузке на процессор, будучи холодным, материал будет набирать воду. При нагревании жидкость начнет испаряться, не давая температуре расти дальше. Продолжительность эффекта, само собой, напрямую зависит от количества запасенной влаги.

В своих экспериментах группа Вана покрыла пластину площадью 162 сантиметров менее чем 0,3 граммами MOF. За счет малого количества используемого материала цена не сильно увеличивается, зато время нагрева пластины до 60 градусов Цельсия по сравнению с непокрытой при толщине слоя 198 микрометров удвоилось с пяти минут до одиннадцати. Если увеличить толщину слоя до 516 микрометров, время нагрева составляет уже 19 минут. При этом материал быстро набирает воду, самостоятельно перезаряжается при выключении нагрева и потом снова готов к работе.

Авторы разработки отмечают, что перед коммерческим использованием необходимо увеличить собственную температурную проводимость используемым MOF, иначе после исчерпания запаса влаги пористый материал будет работать, наоборот, как одеяло. Также необходимо дальнейшее снижение цены используемых материалов. После решения этих проблем инженеры рассчитывают, что их технология будет использована для охлаждения мобильных телефонов, планшетов, электробатарей и других устройств, периодически испытывающих сильный нагрев.

Поиском способа компактного и надежного охлаждения микроэлектроники последние годы заняты многие. Ранее инженеры компании Intel предложили охлаждать процессоры при помощи прыгающих капель, а японцы испытали потеющего робота.

Василий Зайцев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.