ابداع روشی نوین برای خنک کردن قطعات الکترونیکی

پژوهشگران دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا موفق به توسعه روشی نوین برای خنک کردن قطعات الکترونیکی با استفاده از کریستال‌های خاصی به نام هگزاگونال بورون نیترید (hBN) شده‌اند.

به گزارش تک‌ناک، این فناوری می‌تواند جایگزینی سریع‌تر، کارآمدتر و کم‌مصرف‌تر برای فن‌ها و سیستم‌های خنک‌کننده فعلی در لپ‌تاپ‌ها، چیپ‌ها و حتی باتری خودروهای الکتریکی باشد.

در حال حاضر، یکی از مهم‌ترین چالش‌های فنی در طراحی دستگاه‌های الکترونیکی، مسئله افزایش دما به‌ویژه در فضاهای فشرده و کوچک است. زمانی‌ که پردازنده یا دیگر اجزای داخلی یک لپ‌تاپ یا موبایل تحت فشار کاری قرار می‌گیرند، گرمای زیادی تولید می‌شود.

این گرما در نبود سیستم‌های خنک‌کننده مناسب، تجمع پیدا می‌کند و باعث افت عملکرد یا حتی آسیب سخت‌افزاری می‌شود. اغلب سازندگان از روش‌هایی مانند: فن، هیت‌سینک‌های فلزی یا سیستم‌های خنک‌کننده مایع استفاده می‌کنند، که نه‌تنها فضای زیادی اشغال می‌کنند، بلکه مصرف انرژی بالایی نیز دارند.

با وجود این، تیم تحقیقاتی دانشگاه ویرجینیا موفق شده‌اند با بهره‌گیری از خواص ویژه کریستال hBN، گرما را به‌جای حرکت تصادفی و کُند، به‌ صورت امواج هدایت‌شده منتقل کنند. این مکانیزم جدید از پدیده‌ای تحت عنوان حالت‌های هیپربولیک فونون-پلاریتون (HPhP) بهره می‌برد؛ حالتی که در آن، ارتعاشات درون کریستال با مؤلفه‌ای شبیه به نور ترکیب می‌شود و امکان انتقال بسیار سریع انرژی را فراهم می‌سازد.

محققان در آزمایش انجام‌شده، با قرار دادن یک پد طلا روی سطح hBN و گرم‌ کردن آن، موفق شدند این حالت‌ها را فعال و گرما را با سرعتی تا ۱۰۰ برابر بیشتر از روش‌های معمول از سطح مورد نظر دور کنند.

دکتر ویل هاچینز، نویسنده اصلی مطالعه خنک کردن قطعات الکترونیکی با استفاده از کریستال، که نتایج آن در نشریه Nature Materials منتشر شده است، گفت:

«این روش به طرز شگفت‌انگیزی سریع است. ما شاهد انتقال گرما به شیوه‌هایی هستیم که پیش از این در مواد جامد، غیرقابل تصور بود. این یک رویکرد کاملاً جدید برای کنترل دما در مقیاس نانو محسوب می‌شود.»

به باور پژوهشگران، این روش تنها به کریستال hBN محدود نیست و می‌توان آن را با ترکیبات دیگر نیز توسعه داد. از کاربردهای بالقوه این فناوری می‌توان به خنک کردن  در سیستم‌های رایانش پیشرفته، مراکز داده، تجهیزات پزشکی حساس، خودروهای الکتریکی و حتی لپ‌تاپ‌هایی اشاره کرد که دیگر به دلیل گرمای زیاد دچار افت عملکرد نمی‌شوند.

این کشف نویدبخش آینده‌ای است که در آن خنک کردن، به‌جای اشغال فضای فیزیکی بیشتر و مصرف برق بالا، با اتکا به طراحی‌های مبتنی بر کریستال و انتقال موجی گرما انجام خواهد شد، که گامی بزرگ به‌ سوی دستگاه‌هایی سریع‌تر، کارآمدتر و پایدارتر است.