Экспоненциальная миниатюризация электронных чипов с течением времени, описываемая законом Мура, сыграла ключевую роль в наш цифровой век. Однако рабочая мощность небольших электронных устройств значительно ограничена из-за отсутствия доступных передовых технологий охлаждения.
Стремясь решить эту проблему, исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Physical Science под руководством исследователей из Института промышленных наук Токийского университета, описывает значительное повышение производительности охлаждения электронных чипов.
Наиболее перспективные современные методы охлаждения чипа предполагают использование микроканалов, встроенных непосредственно в сам чип. Эти каналы позволяют воде проходить через них, эффективно поглощая и отводя тепло от источника.
Однако эффективность этого метода ограничивается ощутимым нагревом воды. Это количество относится к количеству тепла, необходимому для повышения температуры вещества без индуцирования фазового перехода. Скрытая теплота фазового перехода воды, которая представляет собой тепловую энергию, поглощаемую при кипячении или испарении, примерно в 7 раз превышает ее ощутимую теплоту. "Используя скрытую теплоту воды, можно добиться двухфазного охлаждения, что приводит к значительному повышению эффективности с точки зрения отвода тепла", - объясняет Хунъюань Ши, ведущий автор исследования.
Предыдущие исследования показали потенциал двухфазного охлаждения, в то же время подчеркнув сложности этого метода, в первую очередь из-за трудностей в управлении потоком пузырьков пара после нагревания. Максимальная эффективность теплопередачи зависит от множества факторов, включая геометрию микроканалов, регулирование двухфазного потока и сопротивление потоку.
В этом исследовании описывается новая система водяного охлаждения, включающая трехмерные структуры микрожидкостных каналов, использующие капиллярную структуру и распределительный слой коллектора. Исследователи спроектировали и изготовили капилляры различной геометрии и изучили их свойства в различных условиях.
Было обнаружено, что как геометрия микроканала, по которому протекает охлаждающая жидкость, так и коллекторных каналов, которые управляют распределением охлаждающей жидкости, влияют на тепловые и гидравлические характеристики системы.
Измеренное отношение полезной мощности охлаждения к требуемой энергозатрате, известное как коэффициент полезного действия (COP), достигло 10<sup>5</sup>, что представляет собой заметный прогресс по сравнению с традиционными методами охлаждения.
"Терморегулирование мощных электронных устройств имеет решающее значение для разработки технологий следующего поколения, и наша разработка может открыть новые возможности для достижения требуемого охлаждения", - говорит Масахиро Номура, старший автор.
Высокопроизводительная электроника опирается на передовые технологии охлаждения, и это исследование может стать ключевым в максимизации производительности будущих устройств и достижении углеродной нейтральности.
Комментарии