تولید نانوسیالی حاوی نانولوله‌های کربنی برای خنک‌کنندگی ریزتراشه‌های الکترونیکی

به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو، با پیشرفت روزافزون فناوری، سامانه‌ها و قطعات الکترونیکی همواره کوچک و کوچک‌تر و قدرتمند و قدرتمندتر می‌شوند. افزایش کارایی آنها با افزایش توان مصرفی و در نتیجه افزایش تولید گرما در این قطعات همراه است.

ازاین‌رو مسائل مربوط به خنک کردن و مدیریت گرما در تراشه‌های الکترونیکی از اهمیت بالایی برخوردار است. محققان دانشگاه صنعتی قوچان و فردوسی مشهد نانوسیالی حاوی نانولوله‌های کربنی سنتز کرده‌اند که قابلیت بالایی در خنک‌کنندگی ریزتراشه‌های الکترونیکی از خود بروز می‌دهد.

دکتر محمد سردارآبادی استادیار گروه مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی قوچان ضمن اشاره به روش‌های مختلف خنک‌کاری تراشه‌های الکترونیکی گفت: تاکنون روش‌های مختلفی نظیر خنک‌کاری با تهویه‌ هوا توسط فن، استفاده از هیت سینک و استفاده از سامانه‌های ترکیبی حاوی سیال به‌منظور خنک‌کاری تراشه‌های الکترونیکی استفاده شده‌ است.

وی افزود: نانوسیالات، نسل جدیدی از مواد خنک کننده هستند که گروه‌های مختلفی در سرتاسر جهان بر روی توسعه‌ آن‌ها متمرکز شده‌اند. در طرح حاضر یک نانوسیال متشکل از نانولوله‌های کربنی و ماده با قابلیت تغییر فاز در دمای مناسب، جهت خنک‌سازی تراشه‌های الکترونیکی سنتز و معرفی شده‌ است.

این محقق تصریح کرد:‌ استفاده از این نانوسیال ضمن خنک‌کنندگی مؤثرتر تراشه الکترونیکی، موجب کاهش مصرف انرژی مورد نیاز برای خنک‌سازی و جلوگیری از نوسانات دمایی سیستم و در نهایت موجب افزایش عمر مفید سیستم نیز می شود.

به گفته وی، پارافین به‌عنوان یک ماده تغییر فازدهنده شناخته می‌شود. این ماده با تغییر فاز از جامد به مایع می‌تواند حرارت ایجادشده در تجهیزات و تراشه‌های الکترونیکی را جذب کرده و دمای تراشه را کاهش دهد. یکی از معایب اصلی پارافین کم بودن ضریب هدایت حرارتی آن است. در طرح حاضر تلاش شده با افزودن نانولوله‌های کربنی به پارافین، کارایی این ماده بهینه شود.

به گفته‌ دکتر سردارآبادی، در این طرح از سه روش خنک‌کاری شامل استفاده از فن، استفاده از هیت سینک و استفاده از نانوسیال به‌صورت هم‌زمان جهت کاهش دمای تراشه‌های الکترونیکی استفاده شده‌است. به‌منظور بررسی تأثیر حضور نانولوله‌های کربنی، درصدهای مختلف نانولوله کربنی به پارافین اضافه شده و کارایی آن‌ها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. به‌منظور تحلیل فرایند ذوب و انجماد نانوسیال، از روش پردازش تصویر استفاده شده‌ است.

وی ادامه داد: مقایسه‌ عملکرد نانوسیالات حاوی درصدهای مختلف نانولوله کربنی در شرایط جابجایی آزاد، بیانگر افزایش کارایی ۶۰ درصدی نانوسیال حاوی نانولوله کربنی با ۲ درصد وزنی، در مقایسه با سیال فاقد نانولوله کربنی، در شارهای حرارتی پایین است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر محمد سردارآبادی عضو هیئت علمی گروه مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی قوچان دکتر محمد پسندیده‌فرد عضو هیئت علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد و امین فرزانه‌نیا و میثم خطیبی دانش‌آموختگان مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد است.

نتایج این کار در مجله‌ ‌ Energy Conversion and Management با ضریب تأثیر ۶.۳۷۷ (جلد ۱۷۹، سال ۲۰۱۹، صفحات ۳۱۴ تا ۳۲۵) منتشر شده‌ است.