افزایش ۷۴۰ درصدی خنک کنندگی رایانه‌ها با یک روش جدید

موبنا –به گزارش آی‌ای، همه ما تجربه گرم شدن بیش از حد یکی از دستگاه‌های الکترونیکی خود را داشته‌ایم. نیازی به گفتن نیست که وقتی این اتفاق می‌افتد، هم برای دستگاه و هم برای محیط اطراف آن خطرناک است، اما با توجه به سرعت کار دستگاه‌ها آیا گرمای بیش از حد قابل اجتناب است؟

افزایش ۷۴۰ درصدی توان در هر واحد

محققان دانشگاه “ایلینوی در اربانا-شمپین“(UIUC) و دانشگاه “کالیفرنیا برکلی“(UC Berkeley) موفق به اختراعی شده‌اند که می‌تواند دستگاه‌های الکترونیکی را به شکل موثرتر از راه‌حل‌های جایگزین خنک کند و امکان افزایش ۷۴۰ درصدی توان در هر واحد را فراهم کند.

“طارق جبرئیل” نویسنده اصلی این تحقیق جدید و دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک UIUC توضیح داد که راه‌حل‌های خنک کننده فعلی سه مشکل مشخص دارند.

وی افزود: اول اینکه آنها می‌توانند گران باشند و افزایش مقیاس آنها دشوار است. وی از پخش کننده‌های حرارتی ساخته شده از الماس نام می‌برد که بسیار گران هستند.

وی توضیح داد که مشکل دوم، رویکردهای رایج برای تعبیه دستگاه‌های پخش کننده گرما در دستگاه‌های الکترونیکی است که وسیله‌ای برای دفع مؤثر گرما است و معمولا در بالای دستگاه‌های الکترونیکی قرار داده می‌شود. وی گفت: متأسفانه در بسیاری از موارد، بیشترِ گرما در زیر دستگاه الکترونیکی تولید می‌شود، به این معنی که مکانیسم خنک کننده جایی نیست که بیشتر مورد نیاز است.

“طارق جبرئیل” توضیح داد که مشکل سوم این است که پخش کننده‌های حرارتی را نمی‌توان مستقیماً روی سطح وسایل الکترونیکی نصب کرد. آنها نیاز به یک لایه از “مواد رابط حرارتی” دارند که بین آنها قرار گیرد تا از تماس خوب اطمینان حاصل شود. با این حال، این ماده دارای ویژگی‌های انتقال حرارتی ضعیف است که در نتیجه تأثیر منفی بر عملکرد خنک کنندگی دارد.

راه حلی برای تمام مشکلات مرسوم

خوشبختانه محققان راه حل جدیدی ارائه کرده‌اند که هر سه این مشکلات را برطرف می‌کند.

آنها با استفاده از مس به عنوان ماده اصلی شروع کردند که بدیهی است که ماده ارزانی است. “جبرئیل” می‌گوید: سپس ما پوشش مسی را کاملاً به دور دستگاه پیچیدیم تا بالا، پایین و طرفین دستگاه را بپوشاند و یک پوشش منسجم تشکیل دهد که تمام سطوح در معرض دید را بپوشاند و تضمین کند که هیچ ناحیه تولید کننده گرما بدون محافظت باقی نمی‌ماند. در نهایت، راه حل جدید نیاز به مواد رابط حرارتی و گرماگیر را برطرف می‌کند که بسیار نوآورانه است.

گرماگیر، گرماخور، گرماکاه یا گرمابَر(Heat sink) وسیله‌ای برای خنک‌ کردن با هوا است که به‌ منظور تبادل حرارتی یک قطعه با محیط به کار می‌رود.

“جبرئیل” افزود: ما در مطالعه خود، پوشش‌های خود را با روش‌های استاندارد دفع حرارت و گرماگیری مقایسه کردیم. آنچه ما نشان دادیم این است که می‌توانید عملکرد دفع حرارت بسیار بهتری را با این روکش‌ها کسب کنید.

حذف گرماگیر و رابط حرارتی همچنین تضمین می‌کند که دستگاهی که از این راه حل جدید استفاده می‌کند به طور چشمگیری کوچکتر از نمونه‌های رایج کنونی باشد. “جبرئیل” افزود: این به معنای توان بسیار بالاتر در واحد حجم است. ما توانستیم افزایش ۷۴۰ درصدی توان در واحد حجم را نشان دهیم.

“نناد میلکوویچ” یکی از نویسندگان این مطالعه که دانشیار علوم و مهندسی مکانیک در UIUC و مشاور “جبرئیل” است نیز گفت: کار “طارق جبرئیل” با همکاری تیم تحقیقاتی در دانشگاه “کالیفرنیا برکلی” ما را قادر به رسیدن به یک رویکرد توسعه فناوری مکانیکی برای ایجاد راه حلی برای یک مشکل دشوار در صنایع مختلف کرده است.

در چکیده این مطالعه آمده است تولید برق برای کربن‌زدایی از جهان، حیاتی است، اما مدیریت افزایش چگالی توان در سیستم‌های الکتریکی نیازمند توسعه فناوری‌های مدیریت حرارتی جدید است. یک رویکرد، استفاده از پخش کننده‌های حرارتی مبتنی بر فلز یکپارچه است که مقاومت حرارتی و نوسانات دما را در دستگاه‌های الکترونیکی کاهش می‌دهد. با این حال، هدایت الکتریکی آنها اجرای آنها را چالش برانگیز می‌کند.

ما در اینجا طراحی سیستم‌های جدیدی را گزارش می‌کنیم که به‌طور یکپارچه مس را مستقیماً روی دستگاه‌های الکترونیکی برای پخش گرما و تثبیت دما تعبیه می‌کنند. این رویکرد ابتدا دستگاه‌ها را با یک لایه عایق الکتریکی به نام “پاریلن C” و سپس یک پوشش منسجم از مس می‌پوشاند. این کار به مس اجازه می‌دهد تا در مجاورت عناصر مولد گرما قرار گیرد و نیاز به مواد رابط حرارتی از بین برود و عملکرد خنک کنندگی بهتری را در مقایسه با فناوری‌های موجود ارائه دهد.

ما این رویکرد را با ترانزیستورهای قدرت ” گالیوم نیترید” آزمایش می‌کنیم و نشان می‌دهیم که می‌توان از آن در سیستم‌هایی استفاده کرد که با قدرت تا ۶۰۰ ولت کار می‌کنند.

این مطالعه در مجله “نیچر الکترونیکس”(Nature Electronics) منتشر شده است.

 منبع: ایسنا