石墨烯基熱管解決電子電力系統(tǒng)冷卻散熱問題

       由瑞典chalmers科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，并由包括中國的復(fù)旦、上海大學(xué)和意大利研究人員共同參與的電力電子系統(tǒng)冷卻研究成果發(fā)表在開放性國際期刊Nano Select上，他們制備了石墨烯基熱管可以幫助解決傳熱散熱問題。

       熱管（heat pipe）技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計(jì)思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機(jī)來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機(jī)，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風(fēng)冷散熱的噪音問題得到良好解決，開辟了散熱行業(yè)新天地。

       典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，在加熱熱管的蒸發(fā)段，管芯內(nèi)的工作液體受熱蒸發(fā)，并帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發(fā)潛熱，蒸汽從中心通道流向熱管的冷凝段，凝結(jié)成液體，同時(shí)放出潛熱，在毛細(xì)力的作用下，液體回流到蒸發(fā)段。這樣，就完成了一個(gè)閉合循環(huán)，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。

       但是，目前熱管通常由銅、鋁或其合金制成。由于這些材料相對(duì)較高的密度和有限的傳熱能力，熱管在未來的電力設(shè)備和數(shù)據(jù)中心中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，提供數(shù)字銀行服務(wù)和視頻流媒體網(wǎng)站的大型數(shù)據(jù)中心能耗極高，是一個(gè)比航空業(yè)排放更多的環(huán)境罪魁禍?zhǔn)住Ｒ虼?，減少該行業(yè)的氣候足跡至關(guān)重要。研究人員在這里的發(fā)現(xiàn)可能對(duì)這些數(shù)據(jù)中心以及其他應(yīng)用做出重大的節(jié)能貢獻(xiàn)。

       電子設(shè)備和數(shù)據(jù)中心需要有效冷卻并消除多余的熱量，才能正常運(yùn)行。當(dāng)前，熱管通常由銅，鋁或它們的合金制成。由于這些材料的相對(duì)較高的密度和有限的傳熱能力，熱管在未來的功率設(shè)備和數(shù)據(jù)中心中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大型數(shù)據(jù)中心非常耗能，并且對(duì)環(huán)境的影響也很大。因此，減少該行業(yè)的氣候足跡至關(guān)重要。研究人員的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可以為這些數(shù)據(jù)中心以及其他應(yīng)用做出重大的能源效率貢獻(xiàn)。

       石墨烯增強(qiáng)的熱管具有比銅基熱管高約3.5倍的比熱傳遞系數(shù)。這些新發(fā)現(xiàn)為在航空電子，汽車電子，筆記本電腦，手機(jī)，數(shù)據(jù)中心和航空電子等許多應(yīng)用中所需的輕量和大容量冷卻應(yīng)用中使用石墨烯增強(qiáng)的熱管鋪平了道路。

       石墨烯增強(qiáng)熱管由高導(dǎo)熱石墨烯組裝薄膜制成，并輔以碳纖維柳條增強(qiáng)內(nèi)表面。研究人員測(cè)試了外徑為6毫米、長度為150毫米的管子。它們?cè)诶鋮s各種電子和電力系統(tǒng)方面顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力，尤其是在要求輕量化和高耐腐蝕性的地方。

       Chalmers電子材料和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的博士生Ya Liu解釋說:“在實(shí)際應(yīng)用中，冷凝器部分，即石墨烯增強(qiáng)熱管的較冷部分，可以用散熱器或風(fēng)扇來替代，從而使冷卻效率更高?！边@項(xiàng)新的研究是基于來自查爾姆斯工業(yè)大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)，中國上海大學(xué)，瑞典SHT Smart High-Tech AB和意大利馬爾什理工大學(xué)的研究人員的合作。

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