Springende dråber visker hotspots væk i elektronikken

Ingeniører har udviklet en teknologi til afkøling af hotspots i højtydende elektronik ved hjælp af det samme fysiske fænomen, der renser vingerne for cikader.

Når vanddråber smelter sammen, reduktionen i overfladeareal forårsager frigivelse af en lille mængde energi. Så længe overfladen nedenunder er hydrofob nok til at frastøde vand, denne energi er tilstrækkelig til at få den fusionerede dråbe til at springe væk.

På vingerne af cikader, dette fænomen driver dråber til at fange og fjerne snavs og snavs. I den nye køleteknologi skabt af ingeniører ved Duke University og Intel Corporation, dråber hopper mod hotspots for at bringe køling, hvor elektronikken har mest brug for det.

Resultaterne vises online den 3. april, 2017, i journalen Anvendt fysik bogstaver .

"Hotspot-køling er meget vigtig for højtydende teknologier, "sagde Chuan-Hua Chen, lektor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke. "Computerprocessorer og strømelektronik fungerer ikke så godt, hvis spildvarme ikke kan fjernes. Et bedre kølesystem muliggør hurtigere computere, længerevarende elektronik og mere kraftfulde elbiler. "

Den nye teknologi bygger på et dampkammer lavet af et superhydrofobt gulv med et svampelignende loft. Når den placeres under betjeningselektronik, fugt, der er fanget i loftet, fordamper under nye hotspots. Dampen slipper ud mod gulvet, tager varme væk fra elektronikken sammen med den.

Passive kølekonstruktioner integreret i enhedens gulv fører derefter varmen væk, får vanddampen til at kondensere til dråber. Når de voksende dråber smelter sammen, de hopper naturligvis af det hydrofobe gulv og tilbage i loftet under hotspot, og processen gentager sig. Dette sker uafhængigt af tyngdekraften og uanset orientering, selvom enheden er på hovedet.

Teknologien har mange fordele i forhold til eksisterende køleteknikker. Termoelektriske kølere, der fungerer som små køleskabe, kan ikke målrette mod tilfældige hotspot -steder, gør dem ineffektive til brug over store områder. Andre tilgange kan målrette mod bevægelige hotspots, men kræver yderligere strømindgange, hvilket også fører til ineffektivitet.

Jump-drop-køleteknologien har også en indbygget mekanisme til lodret varmeudslip, hvilket er en stor fordel i forhold til nutidens varmespredere, der for det meste spreder varme i et enkelt plan.

"Som en analogi for at undgå oversvømmelser, det er nyttigt at sprede regnen ud over et stort område. Men hvis jorden er gennemblødt, vandet har ingen lodret vej til at undslippe, og oversvømmelser er uundgåelige, "sagde Chen." Flat-plate varme rør er bemærkelsesværdige i deres vandrette spredning, men mangler en lodret mekanisme til at sprede varme. Vores spring-dråbe-teknologi adresserer dette teknologiske tomrum med en lodret varmespredningsmekanisme, åbner en vej for at slå de bedste eksisterende varmespredere i alle retninger. "

Der er stadig meget arbejde, der skal udføres, før Chens springdråber kan konkurrere med nutidens køleteknologier. Hovedudfordringen er at finde egnede materialer, der arbejder med høj varmedamp på lang sigt. Men Chen er stadig optimistisk.

"Det har taget os et par år at bearbejde systemet til et punkt, hvor det i det mindste kan sammenlignes med en kobbervarmespreder, den mest populære køleløsning, "sagde Chen." Men nu, for første gang, Jeg ser en vej til at slå branchens standarder. "