Grafen giver effektiv elektronikkøling

Et lag grafen kan reducere arbejdstemperaturen i hotspots inde i en processor med op til 25 procent – ​​hvilket kan forlænge levetiden for computere og anden elektronik markant. En international gruppe af forskere, ledet af Chalmers Tekniska Högskola i Sverige, er de første i verden til at vise, at grafen har en varmeafledende effekt på siliciumbaseret elektronik.

"Denne opdagelse åbner døren til øget funktionalitet og fortsætter med at skubbe grænserne, når det kommer til at miniaturisere elektronik, " sagde Chalmers-professor Johan Liu, der leder det internationale forskningsprojekt.

Moderne elektroniske systemer genererer meget varme, frem for alt på grund af den konstant stigende efterspørgsel efter mere og mere funktionalitet. Det er vigtigt at kunne fjerne den genererede varme på en effektiv måde for at opretholde systemets lange levetid. En tommelfingerregel er, at en stigning på 10 grader Celsius i arbejdstemperaturen halverer levetiden for et elektroniksystem.

Under studiet, forskerne fokuserede på at reducere temperaturen i det lille område, hvor elektronikken arbejder mest intensivt – såsom inde i en processor, for eksempel. Disse bittesmå hotspots findes i al elektronik. Størrelsesmæssigt, de er på mikro- eller nanoskala, med andre ord en tusindedel af en millimeter eller mindre.

"Den normale arbejdstemperatur i de hotspots, vi har afkølet med et grafenlag, har varieret fra 55 til 115 grader celsius. Det har vi kunnet reducere med op til 13 grader, som ikke kun forbedrer energieffektiviteten, det forlænger også elektronikkens levetid."

Effektiv køling er en stor udfordring i mange forskellige applikationer, såsom bilelektronik, kraftelektronik, computere, radiobasisstationer og i forskellige lysdioder, eller LED-lys. I bilelektroniksystemer, enhver enkelt enhed i tændingssystemet kan pumpe op til 80 W kontinuerligt og i transient trin op til 300 W (inden for 10 nanosekunder). LED-enheder kan have en termisk intensitet næsten på niveau med solen, op til 600 W/cm2 på grund af deres ekstremt lille størrelse.

Overlegen køling af elektronik kan give enorme fordele. Ifølge en undersøgelse i USA baseret på data fra 2006, omkring 50 procent af den samlede elektricitet, der bruges til at drive dataservere, går til at køle systemerne.