هفت‌گانه افزایش کارایی خنک‌سازی؛ محققان از آب جوش برای تراشه‌ها بهره بردند
تحقیقگران ژاپنی با ادغام طراحی میکروکانال‌ها و سازه‌های مویرگی، رکورد نوینی در عملکرد سیستم‌های خنک‌سازی تدوین نموده‌اند؛ پیشرفتی که می‌تواند راه را برای توسعه فناوری‌های الکترونیکی و پایدار باز کند. در این روش، از آب جوش برای خنک‌سازی بهره گرفته می‌شود تا مقدار بیشتری گرما جذب شود.
قانون مور سال‌هاست که مسیر پیشرفت در دنیای الکترونیک را تسهیل کرده و تراشه‌ها را به طور مداوم کوچک‌تر و قدرتمندتر نموده است، اما این روند منجر به افزایش چگالی حرارتی و تجمع گرما در فضای محدود شده است؛ مساله‌ای که راهکارهای فعلی خنک‌سازی با دشواری از آن بر می‌آیند. محققان مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو، با معرفی روش نوین خنک‌سازی برای ریزتراشه‌ها، گامی مهم در رفع این چالش برداشته‌اند.
🔗 بیشتر بخوانید: عبور از عدد ۱۴ و منفعت گیری از اسنپدراگون ۸ نسل ۵_آفتاب وطن
بازنگری در خنک‌سازی تراشه‌های مینیاتوری
یکی از کارآمدترین راهکارهای موجود برای دفع حرارت، بهره‌گیری از میکروکانال‌هایی است که در درون تراشه نهفته شده‌اند و گردش آب و انتقال حرارت را ممکن می‌سازند، اما این روش تنها بر پایه حرارت محسوس آب استوار است؛ یعنی انرژی که برای افزایش دما پیش از تغییر فاز آب مورد نیاز است. در مقابل، گرمای نهان که در هنگام جوشیدن یا تبخیر آب جذب و رها می‌شود، حدوداً هفت‌برابر بیشتر است و پتانسیل بالاتری برای خنک‌سازی فراهم می‌کند.
بنابراین، محققان با بهره‌برداری از گرمای نهان آب، به سراغ سیستم خنک‌کننده دوفاز رفته‌اند؛ رویکردی که به گفته آن‌ها، کارایی سیستم را به‌شکل چشمگیری ارتقا می‌دهد. بی‌شک تحقیقات پیشین نشان داده بودند که مدیریت جریان بخار پس از جوشیدن، چالش‌های منحصر به فرد خود را دارد؛ از این رو برای بهینه‌سازی انتقال حرارت، پارامترهایی همچون طراحی میکروکانال‌ها، کنترل جریان دوفاز و مقاومت هیدرولیکی باید با دقت تنظیم گردند.
🔗 بیشتر بخوانید: فردی اینترنت پرسرعت فیبر نوری با فیلترینگ نمی‌خواهد_آفتاب وطن
سیستم خنک‌سازی تازه با استفاده از آب جوش
در این طرح، سیستمی نوین خنک‌سازی معرفی شده که ترکیبی از کانال‌های ریز سه‌بعدی، سازه‌های مویرگی و لایه‌ای برای توزیع یکنواخت سیال را در بر می‌گیرد. محققان با طراحی و آزمایش هندسه‌های مویرگی متنوع، عملکرد آن‌ها را در شرایط گوناگون ارزیابی نموده‌اند.
نتایج نشان می‌دهد که هم هندسه میکروکانال‌ها (که جهت جریان خنک‌کننده را تعیین می‌کند) و هم کانال‌های منشعب (که وظیفه توزیع خنک‌کننده را بر عهده دارند)، نقشی بسزا در عملکرد حرارتی و هیدرولیکی سیستم ایفا می‌کنند.
🔗 بیشتر بخوانید: بهترین گوشی گیمینگ | زمستان ۱۴۰۲
به بیان تیم تحقیقاتی، ضریب کارایی (COP) این سیستم که نسبت سرمایش مفید به انرژی مصرفی را نشان می‌دهد، به رقم قابل‌توجه ۱۰۵ رسیده که در مقایسه با راهکارهای رایج خنک‌سازی، پیشرفت قابل‌ملاحظه‌ای محسوب می‌شود. آن‌ها باور دارند این طراحی می‌تواند مسیر تازه‌ای برای مدیریت حرارتی در دستگاه‌های الکترونیکی پرقدرت گشوده کند، موضوعی که برای گسترش فناوری‌های نسل آینده حیاتی است.
یکی از مزیت‌های جذاب این فناوری، امکان عملکرد غیرفعال آن است؛ بدین معنا که با تکیه بر تغییر فاز مایع که از طریق هم‌رفت برای دفع حرارت انجام می‌شود، گرما بدون نیاز به پمپ منتقل می‌گردد. چنین قابلیتی این فناوری را برای حوزه‌های فراتر از الکترونیک، از جمله لیزرها، آشکارسازهای نوری، دیودهای نورانی (LED)، سامانه‌های راداری و صنایع خودروسازی و هوافضا، به گزینه‌ای مناسب مبدل می‌سازد.
با افزایش توان و تراکم قطعات الکترونیکی، محققان معتقدند که راهکار پیشنهادی می‌تواند کارایی و پایداری این تجهیزات را به‌شکل چشمگیری ارتقا دهد و از طریق مدیریت بهینه‌تر گرما، به دستیابی به اهداف کاهش کربن نیز یاری رساند.
نتایج این پژوهش در قالب یک مقاله در نشریه Cell Reports Physical Science منتشر شده است.