محققان ژاپنی با ادغام طراحی میکروکانال‌ها و الگوی مویرگی، رکورد جدیدی در کارایی سیستم‌های خنک‌سازی تراشه‌های ریز ثبت کرده‌اند؛ پیشرفتی که می‌تواند آینده elektronیک قدرتمندتر و پایدارتر را تضمین نماید. در این روش از آب جوش برای جذب حرارت بیشینه بهره گرفته شده است.
قانون مور سال‌هاست که روند کوچک‌تر و قدرتمندتر شدن تراشه‌ها را هدایت می‌کند، اما این پیشرفت منجر به افزایش چگالی حرارتی و تجمع گرما در فضاهای محدود شده که راه‌حل‌های رایج خنک‌سازی با دشواری از آن برمی‌آیند. پژوهشگران مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو، با معرفی روش نوین خنک‌سازی برای ریزتراشه‌ها، گامی مهم در برون‌رفت از این چالش برداشته‌اند.
🔗 بیشتر بخوانید: ایلان ماسک می‌گوید در شبکه اجتماعی ایکس یک اکانت ثانویه داشته است_آیندگان
بازنگری در خنک‌سازی تراشه‌های مینیاتوری
یکی از موثرترین راه‌حل‌های موجود، استفاده از میکروکانال‌های تعبیه‌شده در تراشه برای گردش آب و انتقال حرارت است، اگرچه این روش تنها بر حرارت محسوس آب متکی است؛ یعنی انرژی موردنیاز برای بالا بردن دمای آب قبل از تغییر فاز. در مقابل، گرمای نهانِ آزادشده در زمان جوشیدن یا تبخیر، حدود ۷ برابر بیشتر است و پتانسیل بسیار بالاتری برای خنک‌سازی فراهم می‌آورد.
بر همین اساس، تیم تحقیق با بهره‌گیری از گرمای نهان آب، به توسعه سیستم خنک‌کننده دو فاز روی آورده‌اند؛ رویکردی که به زعم آن‌ها، کارایی سیستم را به‌شکل چشمگیری افزایش می‌دهد. بی‌گمان پژوهش‌های پیشین نشان داده بودند مدیریت جریان بخار پس از جوشیدن، چالش‌های خاص خود را دارد؛ لذا برای بهینه‌سازی انتقال حرارت، پارامترهایی همچون هندسه میکروکانال‌ها، کنترل جریان دو فاز و مقاومت هیدرولیکی باید با دقت تنظیم گردند.
🔗 بیشتر بخوانید: صدمه‌پذیری تازه پردازنده‌های اپل و AMD که تبدیل سرقت داده‌ها می‌بشود
سیستم خنک‌سازی نوین با بهره‌گیری از آب جوش
در این طرح، سیستمی خنک‌سازی معرفی شده که ترکیبی از کانال‌های ریزِ سه‌بعدی، ساختارهای مویرگی و لایه‌ای برای توزیع یکنواخت سیال را در بر می‌گیرد. محققان با طراحی و آزمون انواع هندسه‌های مویرگی، عملکرد آن‌ها را در شرایط گوناگون ارزیابی کرده‌اند.
نتایج حاکی از است که هم هندسه میکروکانال‌ها (مشخص‌کننده جهت جریان خنک‌کننده) و هم کانال‌های منشعب (مسئول توزیع خنک‌کننده)، نقشی حیاتی در کارایی حرارتی و هیدرولیکی سیستم ایفا می‌کنند.
🔗 بیشتر بخوانید: معارفه محبوب‌ترین محصولات گوشی و لپتاپ در سال ۱۴۰۲
به بیان تیم تحقیقاتی، ضریب کارایی (COP) این سیستم که نسبتثرت خنک‌سازی به انرژی مصرف‌شده را نشان می‌دهد، به عدد قابل‌توجه ۱۰۵ رسیده که پیشرفت چشمگیری نسبت به راه‌حل‌های رایج محسوب می‌شود. آن‌ها معتقدند این طراحی می‌تواند مسیر تازه‌ای برای مدیریت حرارتی در دستگاه‌های الکترونیکی پرقدرت باز کند؛ مسأله‌ای حیاتی برای گسترش فناوری‌های نسل آینده.
یکی از مزیت‌های جذاب این فناوری، قابلیت عملکرد غیرفعال است؛ یعنی با تکیه بر تغییر فاز مایع که از طریق هم‌رفت برای دفع حرارت انجام می‌شود، گرما را بدون نیاز به پمپ منتقل می‌کند. چنین ویژگی‌ای این تکنولوژی را برای حوزه‌های فراتر از الکترونیک، ازجمله لیزرها، آشکارسازهای نوری، دیودهای نوری (LED)، سامانه‌های راداری و صنایع خودروسازی و هوافضا، به گزینه‌ای مناسب تبدیل می‌کند.
با افزایش توان و فشردگی قطعات الکترونیکی، پژوهشگران باور دارند که راهکار پیشنهادی می‌تواند کارایی و پایداری این تجهیزات را به‌شکل قابل‌توجهی ارتقا دهد و از طریق مدیریت بهینه گرما، به تحقق اهداف کاهش کربن نیز یاری رساند.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Cell Reports Physical Science منتشر شده است.