Китайские инженеры придумали, как охлаждать электронику при помощи испарения жидкости. Для этого они создали покрытие для процессора, которое сперва набирает влагу из воздуха, а затем, при нагреве, испаряет ее, что приводит к охлаждению находящегося под ним электронного компонента. 

По мнению исследователей, решение может найти применение, прежде всего, в мобильных устройствах. Описание изобретения опубликовано в журнале Joule.

Отметим, что при работе электронные устройства могут сильно нагреваться — это легко заметить, например, пользуясь ресурсоемким приложением на смартфоне. Настольные компьютеры и ноутбуки также греются, и для охлаждения на них устанавливают относительно громоздкие радиаторы и вентиляторы. 

Вместе с тем, для стремящихся к максимальной компактности мобильных устройств такой метод борьбы с увеличением температуры не подходит, из-за чего перегрев, который ведет к снижению скорости работы, программным ошибкам, а иногда и к необратимому повреждению, по-прежнему остается для них актуальной проблемой.

Свой выход из ситуации на днях представила группа исследователей из Шанхайского университета транспорта, разработавшая весьма компактную систему охлаждения, отдаленно напоминающую потоотделение у млекопитающих. В основе разработки лежат металлорганические каркасные структуры (MOF), представляющие собой композиты, состоящие из наноскопических частиц полимеров и металлов. В них много микропор, из-за чего из этого материала получаются очень эффективные губки, способные вбирать влагу из окружающей среды сами по себе. Ранее исследователи уже высказывали идеи по добыче воды из воздуха в пустынных районах при помощи металлорганических каркасных структур, но их высокая цена за грамм пока не позволяет сделать эту технологию массовой.

Суть идеи китайских инженеров проста — покрыть нагревающиеся поверхности, такие как CPU, тонким слоем MOF. При малой нагрузке на процессор, материал, будучи холодным, будет набирать воду. При нагревании же собранная жидкость начнет испаряться, не давая температуре расти дальше. Продолжительность эффекта, само собой, напрямую зависит от количества запасенной влаги.

В одном из своих экспериментов исследователи покрыли алюминиевую пластину с нагревательным элементом площадью 16 см², имитирующую крышку процессора, 120 мг MOF (толщина слоя составила 198 мкм) типа MIL-101(Cr). За счет малого количества используемого материала общая стоимость электронного компонента увеличилась незначительно, зато время нагрева покрытой пластины до 60 ℃ по сравнению с непокрытой удвоилось с пяти минут до одиннадцати. Когда толщину слоя увеличили до 516 мкм (масса задействованного MOF-материала — 290 мг), время нагрева составило уже 19 минут.

Схематическое изображение одного из проведенных китайскими исследователями экспериментов и внешний вид пластины с MOF-покрытием.

Во втором эксперименте на Android-микрокомпьютере ORDROID-XU4 вместо оригинального пассивного радиатора был установлен идентичный ему самодельный пассивный радиатор с MOF-покрытием из MIL-101(Cr). Сравнительные тесты продолжительностью 15 минут каждый показали, что под нагрузкой (ее обеспечивал запущенный на устройстве AnTuTu-бенчмарк) температура процессора с модифицированной версией радиатора оставалась ниже на величину до 7°C.

Что касается преимуществ решения, то авторы отмечают, что MOF достаточно быстро набирает воду в обычных комнатных условиях, самостоятельно «перезаряжается» при выключении нагрева и потом снова готов к работе. К недостаткам разработки исследователи относят то, что температурная проводимость материала слишком мала, и после исчерпания запаса влаги он начинает работать, наоборот, как одеяло. Кроме того, для организации массового производства процессоров с таким покрытием стоимость MOF по-прежнему остается слишком высокой.

В дальнейшем инженеры намерены заняться решением этих проблем (например, они надеются повысить теплопроводность MOF, попробовав добавить в материал графен) и постепенной коммерциализацией решения. Они надеются, что со временем их новацию найдут полезной разработчики мобильных телефонов, планшетов, электробатарей, телекоммуникационных базовых станций и других устройств, которые периодически испытывают сильный нагрев.

Источник: N+1