Tehnologija hlađenja u nastajanju i razvoju
Dvodimenzionalni materijali
Dvodimenzionalni materijali se odnose na materijale u kojima se elektroni mogu slobodno kretati samo na nanometarskoj skali u dvije dimenzije, to jest, elektroni se mogu kretati samo u ravnini. Uobičajeni dvodimenzionalni materijali uključuju grafen, heksagonalni bor nitrid, superrešetke, kvantne bušotine, itd. Zbog svoje vrlo dobre toplotne provodljivosti, dvodimenzionalni materijali se mogu koristiti u pakovanju elektronskih čipova kako bi se poboljšalo rasipanje toplote. Grafen, kao tipičan predstavnik, ima ultra-visoku toplotnu provodljivost od 5300 W/(m·K) zbog svoje jake sp2 veze, koja se može koristiti kao obećavajući materijal za disipaciju toplote. Mnogi dokumenti navode da se različiti filmovi na bazi grafena, grafen papir, višeslojni grafen/epoksi polimerni materijali i grafenski listovi mogu koristiti kao slojevi za disipaciju topline u elektroničkim uređajima. Heksagonalni bor nitrid, kao dvodimenzionalni materijal koji provodi toplotu, ali ne provodi struju, ima toplotnu provodljivost od 390 W/(m·K), a koeficijent ekspanzije je najmanji među trenutno poznatim keramičkim materijalima. Slika 6 je šematski dijagram upotrebe dvodimenzionalnih materijala za pakovanje IGBT (bipolarni tranzistor sa izolovanim vratima).
Kroz numeričku simulaciju, Liu Shutian et al. otkrili da je dvodimenzionalni porozni materijal s najboljim performansama odvođenja topline tip pravilne heksagonalne mikrostrukture. Wu Xiangshui i drugi su detaljno predstavili tehnologiju mjerenja toplotne provodljivosti dvodimenzionalnih materijala i toplotnu provodljivost različitih dvodimenzionalnih materijala. Bao Jie koristi dvodimenzionalni slojevit materijal heksagonalni bor nitrid za rješavanje problema disipacije topline elektronskih uređaja velike snage i predlaže plan za dalje poboljšanje njegovog efekta odvođenja topline. Najreprezentativnija je primjena disipacije topline grafena u dvodimenzionalnim materijalima. Autor smatra da grafenski film može biti prekriven čipom tokom odvođenja toplote elektronskog čipa, a heksagonalni bor nitrid može biti napunjen u smolu za pakovanje, koja može biti veoma velika. Stepen smanjenja termičke otpornosti. Dvodimenzionalna materijalna disipacija toplote je trenutno u fazi razvoja u industriji, a u ovoj oblasti je još dug put. Kada sazriju, dvodimenzionalni materijali će definitivno zablistati u polju odvođenja topline čipova.
2.2 Rasipanje toplote jonima vetrom Kada se primeni električno polje između oštre površine i tupe površine, veliki broj negativnih jona će biti jonizovan blizu oštre površine, a veliki broj pozitivnih jona će se generisati u blizini tupe površine. Pozitivne i negativne jone treba neutralisati, a negativni ioni odlete do pozitivnih jona. Kretanje jona će uzrokovati velike smetnje okolnoj tečnosti. Zbog inercije, drugi molekuli u zraku se tjeraju da se kreću zajedno, stvarajući jonski vjetar. Slika 7 je šematski dijagram proizvodnje jonskog vjetra. Tehnologiju disipacije toplote jonskim vetrom prvi je izumeo profesor Aleksandar Mamišev 2006. godine. Tessera, globalni dobavljač tehnologije minijaturizacije elektronskih proizvoda, lansirala je elektrohidrodinamičko (EHD) rešenje za disipaciju toplote zasnovano na disipaciji toplote jonskim vetrom. Površina je samo 3cm2 i može se ugraditi. U laptopu. Najveća prednost ove metode odvođenja topline je da nema mehaničkog mehanizma i da se ne stvara buka. Postoje neki problemi sa disipacijom toplote jonskim vetrom. Na primjer, potrošnja energije sistema može se povećati, a elektromagnetno zračenje koje stvara jonski vjetar također će utjecati na zdravlje ljudi. Međutim, ovi problemi su riješeni. Problemi kako spriječiti prašinu i kako produžiti vijek trajanja još uvijek se rješavaju.
Nakon razvrstavanja i analize gore navedenih nekoliko metoda odvođenja topline, nije teško vidjeti da s kontinuiranim ažuriranjem i napretkom elektronskih uređaja, metode odvođenja topline elektronskih uređaja sve više teže prenosivosti i većoj efikasnosti. Dok su elektronski uređaji i elektronski čipovi precizniji i kompaktniji, oni takođe donose probleme sa rasipanjem toplote. Uticaj temperature na elektronsku opremu uglavnom se ogleda u dva aspekta: jedan je termički kvar čipa, a drugi je oštećenje pod stresom. Upoređujući gornje metode odvođenja topline, ako samo jedna metoda ima previše nedostataka, više metoda se može koristiti za odvođenje topline, kao što su: ionski vjetar i prisilno hlađenje zraka za odvođenje topline; Skladištenje energije s promjenom faze i toplinske cijevi za odvođenje topline; 2. Dimenzionalni materijali se pakuju i kombinuju sa drugim metodama odvođenja toplote."5D elektronska krv" je tehnologija koja obećava, i to će biti velika promjena u elektronskoj opremi koju treba razviti. Upotreba dvodimenzionalnih materijala za pakovanje elektroničke opreme i korištenje mikrokanala na donjoj ploči sve će se više koristiti, a za različite situacije potrebno je odabrati druge metode odvođenja topline. Autor lično preferira hlađenje skladištenja energije sa promenom faze i hlađenje toplotnih cevi.
Trenutno su teorijska istraživanja odvođenja toplote relativno završena, ali postoje i brojne tehničke poteškoće. Problem uskog grla u tehnologiji odvođenja toplote takođe indirektno koči dalji razvoj elektronske opreme. Predstoji dug put. Probijanje kroz trenutne probleme i pronalaženje boljih materijala za rasipanje topline uvijek će biti vruće pitanje u području odvođenja topline.
