Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

'Nanopiasek' sposobem na chłodzenie układów elektronicznych?

ghost666 14 Lip 2016 12:16 2253 1
  • 'Nanopiasek' sposobem na chłodzenie układów elektronicznych?
    Baratunde Cola z Woodruff School of Mechanical Engineering na Georgia Institute of Technology chciałby chłodzić Twój komputer piaskiem. Nie takim zwykłym piaskiem z ogródka oczywiście - chodzi o nanocząstki dwutlenku krzemu pokrytego polimerem o wysokiej stałej dielektrycznej. Naukowiec uważa, że materiał ten jest przyszłością, jeśli chodzi o chłodzenie układów elektronicznych, które pochłaniają coraz więcej energii elektrycznej i generują w związku z tym coraz więcej ciepła.

    W nowym materiale za chłodzenie nie odpowiada sama krzemionka. Unikatowe własności interfejsu pomiędzy nią a polimerem odpowiadają za wyjątkowo dobre przewodnictwo cieplne nowego kompozytu - jest ono wyższe niż używanych dotychczas materiałów do wykonywania radiatorów, a co istotne materiał ten nie przewodzi prądu elektrycznego. Sama teoria stojąca za mechanizmem unikatowych własności kompozytu jest skomplikowana, jednakże wniosek jest prosty - ten materiał rzeczywiście ma prawo tak działać i zrewolucjonizować chłodzenie elektroniki, LEDów etc.

    "Pokazaliśmy, że możliwe jest gęste upakowanie nanocząstek, które normalnie nie są przewodnikiem, ale dzięki wykorzystaniu ośrodka o dużej stałej dielektrycznej na powierzchni są w stanie przewodzić np. ciepło" mówi Cola. "Wykorzystując powierzchnię cząstek do przewodzenia ciepła, udało nam się zwiększyć przewodność tego materiału 20 krotnie". W ciągu ostatnich lat teoretycy przewidywali, że takie coś może być możliwe. Efekt ten jest wynikiem sprzęgania się polarytonów na powierzchni nanocząstek z fononami, co przekłada się na zwiększenie przewodnictwa cieplnego polarnych materiałów, takich jak na przykład dwutlenek krzemu. Polarytony to kwazicząstki będące wynikiem sprzężenia fali elektromagnetycznej z dipolem elektrycznym lub magnetycznym. W tym systemie rolę tego drugiego pełnią fonony optyczne. W nanocząstkach, tj. cząstkach o średnicy poniżej 100 nm, własności powierzchniowe dominują nad objętościowymi, dzięki czemu fonony, które są nośnikiem ciepła, mogą sprzęgać się z falami elektromagnetycznymi tworząc polarytony, które mogą 'przeskakiwać' pomiędzy nanocząstkami, efektywnie skutkując wysokim przewodnictwem cieplnym całego kompozytu.

    "W naszej pracy potwierdziliśmy przypuszczenia teoretyków, a dodatkowo pokazaliśmy, że polarytony generować można nie tylko używając fali elektromagnetycznej, takiej jak światło - można po prostu podgrzać nanocząstki" opisuje Cola. Naukowcy aby wykazać prawdziwość tezy używają najpierw wody, do pokrycia nanocząstek. Pozwoliło to udowodnić, że istotnie zwiększa to przewodność cieplną, ale materiał taki oczywiście nie nadaje się do zastosowania w przemyśle. Dlatego zamiast pokrywać go wodą, teraz okrywają krzemionkowe nanokulki glikolem etylenowym - popularnym środkiem przeciwko zamarzaniu. Kompozyt ten wykazuje zwiększenie przewodności cieplnej materiału ok. 20-krotnie, to około 1 W/m*K - to o wiele więcej, niż krzemionka czy glikol osobno. Wartość ta jest porównywalna z wieloma drogimi polimerami, jakie stosuje się w systemach odprowadzania ciepła.





    'Nanopiasek' sposobem na chłodzenie układów elektronicznych?


    "Zasadniczo można wziąć dowolny układ elektroniczny i wszystkie wolne przestrzenie wypełnić pokrytymi glikolem nanocząstkami, co pozwoli na zwiększenie przewodności cieplnej" mówi Cola. Kompozyt ten nie przewodzi prądu, więc można go w łatwy i niedrogi sposób zastosować w dowolnych systemach chłodzenia.

    Dalsze testy nowego materiału przewidują sprawdzenie jak taki piasek zachowuje się po dłuższym czasie użytkowania. Czy nie ma wpływu na niezawodność urządzeń chłodzonych tą techniką etc. Dodatkowo, badacze nie wykluczają, że można zastosować inne materiały niż krzemionka. Została ona wybrana z uwagi na możliwość generowania fononów optycznych w temperaturze bliskiej pokojowej, w jakiej zazwyczaj pracują układy elektroniczne, jednakże do chłodzenia innych systemów być może wykorzystać będzie można nanokompozyty oparte o inne materiały.

    Źródło: http://phys.org/news/2016-07-sand-cool-electronic-devices.html#jCp