Phát triển thành công thiết bị chuyển đổi nhiệt cho các thiết bị điện tử

Các nhà nghiên cứu Trường Đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã phát triển được một công nghệ mới để chuyển đổi dòng nhiệt 'đóng' hoặc 'mở'. Các phát hiện này đã được công bố trong tạp chí Applied Physics Letters.

Thiết bị chuyển mạch được sử dụng để kiểm soát nhiều sản phẩm công nghệ và hệ thống kỹ thuật. Thiết bị chuyển mạch cơ được sử dụng để khóa hoặc mở khóa cửa ra vào, hoặc để lựa chọn bánh răng trong hệ thống truyền động của xe hoặc thiết bị chuyển mạch điện được sử dụng để bật và tắt đèn trong phòng. Ở quy mô nhỏ hơn, các thiết bị chuyển mạch điện dưới dạng bóng bán dẫn được sử dụng để bật và tắt các thiết bị điện tử, hoặc để định tuyến các tín hiệu logic trong mạch.

Các kỹ sư từ lâu đã mong muốn chuyển đổi luồng nhiệt, đặc biệt là trong các hệ thống điện tử, nơi kiểm soát lưu lượng nhiệt có thể cải thiện đáng kể hiệu năng và độ tin cậy của hệ thống. Tuy nhiên họ gặp rất nhiều thách thức trong việc tạo ra một chuyển đổi nhiệt.

“Dòng nhiệt xuất hiện mỗi khi có sự chênh lệch nhiệt giữa một vùng nào đó có nhiệt độ cao hơn vùng nào đó có nhiệt độ thấp hơn. Để kiểm soát luồng nhiệt này, nhóm nghiên cứu thiết kế một đường dẫn nhiệt đặc biệt giữa vùng nóng và vùng lạnh, và sau đó tạo ra một cách phá vỡ đường dẫn nhiệt khi cần thiết”, giáo sư William King, đồng chủ nhiệm dự án, nói.

Nenad Miljkovic, Phó Giáo sư Khoa Cơ học và Kỹ thuật và đồng chủ trì dự án nói, “công nghệ này dựa trên sự chuyển động của một giọt kim loại dạng lỏng. Các giọt kim loại có thể xác định được vị trí để nối với một đường dẫn nhiệt, hoặc di chuyển ra khỏi đường đi dòng nhiệt để hạn chế lưu lượng nhiệt”.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh công nghệ này trong một hệ thống được mô hình mẫu phỏng theo các hệ thống điện tử hiện đại. Một phía của bộ chuyển đổi có một nguồn nhiệt tương chưng các thành phần điện tử năng lượng, và phía còn lại của bộ chuyển đổi có bộ làm lạnh lỏng để tản nhiệt Khi bộ chuyển đổi được bật, chúng có thể có thể giải nhiệt nhiều hơn 10 W/cm². Khi chuyển đổi đã được tắt, dòng nhiệt giảm khoảng gần 100X.

Ngoài King và Miljkovic, các tác giả khác của bài báo bao gồm Paul Braun, giáo sư về khoa học kỹ thuật và vật liệu, và là giám đốc Phòng thí nghiệm Vật liệu; Tianyu Yang, Beomjin Kwon , hai sinh viên đại học và Patricia B. Weisensee, hiện là giáo sư khoa học cơ khí và kỹ thuật tại Đại học Washington; Jin Gu Kang và Xuejiao Li, khoa học vật liệu và kỹ thuật.

King cho biết, bước tiếp theo cho nghiên cứu sẽ là tích hợp thiết bị chuyển đổi này với các thiết bị điện tử điện năng trên một bảng mạch. Dự kiến các nhà nghiên cứu sẽ có một nguyên mẫu hoạt động vào cuối năm nay.