Инженеры из корпорации Intel и университета Дьюка разработали новую систему пассивного охлаждения электроники, способную эффективно отводить тепло от перемещающихся «горячих зон». В ее основе лежит подпрыгивание капель на супергидрофобной поверхности при их слиянии. Описание системы опубликованов журнале Applied Physics Letters, кратко о нем сообщаетпресс-релиз университета Дьюка.

Электронные устройства, например, микрочипы компьютеров, требуют охлаждения во время работы. При нагреве свойства полупроводниковых материалов начинают изменяться, например, уменьшается ширина запрещенной зоны — это может привести в итоге к пробою в устройстве. При этом в большинстве сложных чипов нагрев происходит локально — например, в зависимости от того, какой тип операций производится в процессоре. При смене характера операций локальный нагрев перемещается, что требует каких-либо систем слежения для эффективного отвода тепла. 

Сверху располагается процессор, нагревающий слой с влагой. Снизу, при слиянии, капли подпрыгивают и перемещаются вверх. Duke University

Подпрыгивание капель при слиянии. Duke University

Авторы новой работы создали пассивное устройство, способное «отслеживать» и отводить тепло от таких горячих областей. В его основе лежит необычное явление, возникающее на супергидрофобных (не смачиваемых водой) поверхностях. Если на такой поверхности встретятся и сольются в одну две небольшие капли, то их общая поверхностная энергия уменьшится. Высвободившаяся энергия может привести к подпрыгиванию вновь возникшей капли. 

Охлаждающий модуль представляет собой плоскую герметичную «коробку», верхняя (внутренняя) поверхность которой покрыта гидрофильным материалом, впитывающим влагу, а нижняя обладает супергидрофобностью. В ней уже заранее находится небольшое количество воды. Верхняя часть модуля присоединяется к процессору, которые необходимо охладить. Как только возникает нагрев небольшой области процессора, на соответствующей части верхней поверхности ускоряется испарение воды. Это приводит к конденсации жидкости на расположенной напротив супергидрофобной стенке. При слиянии капли подпрыгивают обратно, достигая впитывающего влагу материала и процесс повторяется снова. Такая геометрия процесса позволяет делать интенсивным охлаждение именно вблизи горячей области.

Сейчас система еще не готова к реальным практическим применениям, хотя ее производительность, по словам авторов, уже сопоставима с традиционными медными теплоотводами. В будущем авторы надеются найти материал для создания супергидрофобной поверхности, способный выдерживать действие горячего пара. Использующиеся сейчас алкилтиолы не выдерживают температур свыше 70 градусов Цельсия. 

Ранее экзотическую систему охлаждения для роботов предложили японские инженеры — для отвода тепла исследователи заставили детали устройства «потеть». Серьезное охлаждение требуется и для работы квантовых систем. В прошлом году теоретики из Австрии и Чили предложили охлаждать алмазные структуры с помощью магнитных полей.

Автор: Владимир Королёв