เทคโนโลยีการทำความเย็นที่เกิดขึ้นใหม่และการพัฒนา

วัสดุสองมิติ

วัสดุสองมิติหมายถึงวัสดุที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในระดับนาโนเมตรในสองมิติเท่านั้น กล่าวคือ อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้ในระนาบเท่านั้น วัสดุสองมิติทั่วไป ได้แก่ กราฟีน โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม superlattices หลุมควอนตัม ฯลฯ เนื่องจากการนำความร้อนที่ดีมาก วัสดุสองมิติจึงสามารถนำมาใช้ในบรรจุภัณฑ์ของชิปอิเล็กทรอนิกส์เพื่อเพิ่มการกระจายความร้อน กราฟีนเป็นตัวแทนทั่วไปที่มีค่าการนำความร้อนสูงเป็นพิเศษที่ 5300 W/(m·K) เนื่องจากมีพันธะ sp2 ที่แข็งแกร่ง ซึ่งสามารถใช้เป็นวัสดุกระจายความร้อนที่มีแนวโน้มดี เอกสารจำนวนมากรายงานว่าฟิล์มที่ใช้กราฟีน กระดาษกราฟีน วัสดุโพลีเมอร์กราฟีน/อีพอกซีหลายชั้น และแผ่นกราฟีนต่างๆ สามารถใช้เป็นชั้นระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมในฐานะวัสดุสองมิติที่นำความร้อนแต่ไม่นำไฟฟ้า มีการนำความร้อนที่ 390 W/(m·K) และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวนั้นเล็กที่สุดในบรรดาวัสดุเซรามิกที่รู้จักในปัจจุบัน รูปที่ 6 เป็นแผนผังของการใช้วัสดุสองมิติเพื่อบรรจุ IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

ผ่านการจำลองเชิงตัวเลข Liu Shutian et al. พบว่าวัสดุที่มีรูพรุนสองมิติที่มีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนได้ดีที่สุดเป็นโครงสร้างจุลภาคหกเหลี่ยมปกติชนิดหนึ่ง Wu Xiangshui และคนอื่นๆ ได้แนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีการวัดค่าการนำความร้อนของวัสดุสองมิติและค่าการนำความร้อนของวัสดุสองมิติต่างๆ Bao Jie ใช้โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมวัสดุสองชั้นเพื่อแก้ปัญหาการกระจายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง และเสนอแผนเพื่อเพิ่มผลการกระจายความร้อนของมันต่อไป การใช้กราฟีนระบายความร้อนในวัสดุสองมิติเป็นตัวแทนมากที่สุด ผู้เขียนเชื่อว่าฟิล์มกราฟีนสามารถคลุมบนชิปได้ในระหว่างการกระจายความร้อนของชิปอิเล็กทรอนิกส์ และสามารถเติมโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมลงในเรซินบรรจุภัณฑ์ซึ่งมีขนาดใหญ่มาก ระดับการลดความต้านทานความร้อน การกระจายความร้อนของวัสดุแบบสองมิติกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาในอุตสาหกรรม และยังคงมีทางยาวที่จะไปในด้านนี้ เมื่อโตเต็มที่ วัสดุสองมิติจะเปล่งประกายในด้านการกระจายความร้อนของเศษ

2.2 การกระจายความร้อนของลมด้วยไอออน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าระหว่างพื้นผิวแหลมกับพื้นผิวทื่อ ไอออนลบจำนวนมากจะถูกแตกตัวเป็นไอออนใกล้พื้นผิวแหลมคม และจะมีการสร้างไอออนบวกจำนวนมากขึ้นใกล้กับพื้นผิวทื่อ ไอออนบวกและประจุลบจำเป็นต้องถูกทำให้เป็นกลาง และไอออนลบจะบินไปยังไอออนบวก การเคลื่อนที่ของไอออนจะทำให้เกิดการรบกวนอย่างมากต่อของเหลวรอบข้าง เนื่องจากความเฉื่อย โมเลกุลอื่นๆ ในอากาศจะถูกขับเคลื่อนให้เคลื่อนที่ไปด้วยกัน ทำให้เกิดลมไอออน รูปที่ 7 เป็นแผนผังของการสร้างลมไอออน เทคโนโลยีการกระจายความร้อนด้วยลมด้วยไอออนถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดยศาสตราจารย์ Alexander Mamishev ในปี 2549 Tessera ซัพพลายเออร์เทคโนโลยีการย่อขนาดผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับโลก ได้เปิดตัวโซลูชันการระบายความร้อนด้วยไฟฟ้า Electrohydro Dynamic (EHD) โดยใช้การกระจายความร้อนของลมด้วยไอออน พื้นที่ผิวเพียง 3cm2 และสามารถติดตั้งได้ ในเครื่องโน้ตบุ๊ก ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของวิธีการกระจายความร้อนนี้คือไม่มีกลไกทางกลและไม่มีเสียงรบกวน มีปัญหาเกี่ยวกับการกระจายความร้อนของลมไอออน ตัวอย่างเช่น การใช้พลังงานของระบบอาจเพิ่มขึ้น และการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากลมไอออนจะส่งผลต่อสุขภาพของมนุษย์ด้วย อย่างไรก็ตาม ปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขแล้ว ปัญหาในการป้องกันฝุ่นและการยืดอายุการใช้งานยังอยู่ในขั้นตอนแก้ไข

หลังจากแยกวิเคราะห์และวิเคราะห์วิธีการกระจายความร้อนหลายวิธีข้างต้นแล้ว ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเห็นได้ว่าด้วยการอัปเดตและความคืบหน้าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างต่อเนื่อง วิธีการกระจายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความคล่องตัวเพิ่มขึ้นและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น แม้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และชิปอิเล็กทรอนิกส์จะมีความแม่นยำและกะทัดรัดกว่า แต่ก็ทำให้เกิดปัญหาการกระจายความร้อนเช่นกัน ผลกระทบของอุณหภูมิต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในสองลักษณะ: หนึ่งคือความล้มเหลวทางความร้อนของชิป และอีกประการหนึ่งคือความเสียหายจากความเครียด การเปรียบเทียบวิธีการกระจายความร้อนข้างต้น หากวิธีใดวิธีหนึ่งมีข้อบกพร่องมากเกินไป สามารถใช้วิธีการหลายวิธีในการกระจายความร้อน เช่น ลมไอออนและการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับสำหรับการกระจายความร้อน การจัดเก็บพลังงานเปลี่ยนเฟสและท่อความร้อนสำหรับการกระจายความร้อน 2. วัสดุมิติถูกบรรจุและรวมกับวิธีการกระจายความร้อนอื่น ๆ"เลือดอิเล็กทรอนิกส์ 5D" เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มสูงและจะเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จะพัฒนา การใช้วัสดุสองมิติสำหรับบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการใช้ไมโครแชนเนลบนแผ่นด้านล่างจะมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นและต้องเลือกวิธีการกระจายความร้อนอื่น ๆ สำหรับสถานการณ์ที่แตกต่างกัน ผู้เขียนเองชอบการระบายความร้อนในการจัดเก็บพลังงานแบบเปลี่ยนเฟสและการระบายความร้อนด้วยท่อความร้อน

ในปัจจุบัน การวิจัยเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับการกระจายความร้อนค่อนข้างสมบูรณ์ แต่ยังมีปัญหาทางเทคนิคอยู่หลายประการ ปัญหาคอขวดของเทคโนโลยีการกระจายความร้อนยังเป็นอุปสรรคทางอ้อมต่อการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่อไป มีทางยาวไป การฝ่าฟันปัญหาในปัจจุบันและการหาวัสดุระบายความร้อนที่ดีขึ้นมักจะเป็นปัญหาร้อนในด้านการกระจายความร้อน