川大聯(lián)合UT最新Nature子刊，助力電子器件散熱

熱設(shè)計 2024-10-01

來源：Nature Nanotechnology

01 背景介紹

有效管理電子系統(tǒng)和設(shè)備的熱條件已成為21世紀的首要挑戰(zhàn)，涉及從冷卻高度集成電子設(shè)備到增強雷達和激光系統(tǒng)熱性能的關(guān)鍵應(yīng)用。能源密集型數(shù)據(jù)中心的散熱問題引起了人們的迫切關(guān)注，據(jù)估計，從2015年到2016年，能源密集型數(shù)據(jù)中心每年消耗的電力達到驚人的200太瓦時。電子系統(tǒng)的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)電力消耗，與服務(wù)器的相同，在很大程度上促成了全球總體碳排放。為了應(yīng)對這些熱挑戰(zhàn)，近幾十年來，人們對先進的冷卻技術(shù)進行了大量的研究，包括空氣強制對流、噴霧冷卻、射流撞擊和微通道冷卻。然而，實際由于熱源和冷卻槽之間串聯(lián)連接的固有熱阻，特別是當縮放以適應(yīng)具有復(fù)雜熱界面的大型能源密集型系統(tǒng)時。這個縮放問題需要高泵送功率和精心設(shè)計的接口面積遠遠超過幾平方厘米。鑒于這一挑戰(zhàn)，迫切需要創(chuàng)新的材料和冷卻技術(shù)，以提供高效和可持續(xù)的解決方案

02 成果掠影

近日，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院傅強教授/吳凱副研究員、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授團隊大幅推進千瓦級器件的可持續(xù)熱管理研究取得最新進展。該研究介紹了由Galinstan和氮化鋁組成的機械化學(xué)介導(dǎo)的膠體液態(tài)金屬，以彌合實踐與理論之間的差距。這些膠體在實際熱界面中的熱阻介于0.42和0.86 mm²K /W之間。這種優(yōu)異的性能歸功于梯度異質(zhì)界面在液固界面上的高效熱傳輸以及膠體顯著的觸變性。在實際設(shè)備中，實驗結(jié)果表明，當與微通道冷卻相結(jié)合時，它們能夠從16cm²的熱源中提取2,760W的熱量，并能將泵的耗電量降低65%。熱界面技術(shù)的這一進步為千瓦級設(shè)備的高效和可持續(xù)冷卻提供了一個前景廣闊的解決方案。研究成果以“Mechanochemistry-mediated colloidal liquid metals for electronic device cooling at kilowatt levels”為題發(fā)表在《Nature Nanotechnology》期刊。

03 圖文導(dǎo)讀