Для многих лет закон Мура обеспечивал прогресс в сфере электроники, который привел к уменьшению и увеличению мощности чипов. Однако уменьшение размеров чипов приводит к увеличению тепла, что ограничивает возможности современных систем охлаждения. Для решения этой проблемы исследователи из Токийского университета объединили геометрию микроканалов с капиллярными структурами, устанавливая новый стандарт производительности и открывая путь для развития как электроники, так и экологических технологий.
Опубликованное в Cell Reports Physical Science открытие этого метода охлаждения микрочипов является ключом к будущему развитию.
Исследователи из Токио переосмысливают методы охлаждения чипов по мере их усадки. Сегодня одним из наиболее эффективных способов является использование микросхем с встроенными микроканалами для циркуляции воды и отвода тепла. Однако этот метод имеет ограничения из-за теплоемкости воды, поскольку она может поглотить только определенное количество тепла до закипания. В сравнении с этим, скрытая теплота, выделяемая при кипении, является в семь раз выше, что открывает больший потенциал для охлаждения. Несмотря на эффективность, ограниченность способа заключается в количестве тепла, которое вода может отдать при повышении температуры, не достигая фазового перехода.
Напротив, скрытая теплота, поглощаемая при кипении или испарении, превышает в семь раз, что предоставляет больший потенциал для охлаждения.
Для достижения высокой эффективности теплоотвода исследователи предлагают использовать скрытую теплоту воды для двухфазного охлаждения. Они отмечают, что предыдущие исследования выявили перспективность этого метода, но также обнаружили проблемы с управлением потоком пузырьков пара после нагрева. Для оптимизации теплопередачи важно учитывать конструкцию микроканалов, управление двухфазным потоком и сопротивление потоку.
В данном исследовании представлена новаторская система водяного охлаждения, основанная на применении трехмерных микро-каналов для повышения производительности. Разработчики создали и протестировали разнообразные капиллярные структуры, чтобы оценить их эффективность в различных условиях. Результаты исследования подтвердили влияние геометрии микроканалов и каналов коллектора на теплоотдачу и гидравлические свойства системы охлаждения.
Исследователи сообщают о значительном улучшении коэффициента полезного действия (COP) до 105, что превосходит традиционные методы охлаждения. Команда считает, что созданная конструкция открывает новые перспективы в управлении температурой электронных устройств высокой мощности, что имеет важное значение для развития новейших технологий.