Углеродные нанотрубки помогут охлаждать электросхемы

Теоретическое исследование специалистов Университета Кампинаса показало, что твердотельные охладители могут эффективно снижать температуру электронных устройств.

Ученые сделали выводы на основе компьютерных симуляций, сообщает eurekalert.org. Технология может стать эффективной и экологически дружественной альтернативой парокомпрессионным охладителям, преобладающим на рынке, способствующим разрушению озонового слоя и глобальному потеплению.

Исследование, проведенное под руководством Александра Фонсеки и его бывшего студента Тиаго Кантуарио, представлено в журнале Annalen der Physik.

«Твердотельное охлаждение – молодая сфера с многообещающими результатами. Рассмотренный метод основан на эластокалорическом эффекте, меняющем температуру системы в ответ на механическое воздействие. Мы создали компьютерную симуляцию процесса в углеродных нанотрубках», — сказал Фонсека.

Исследование базируется на статье Сергея Лисенкова и его коллега от 2016-го. В ней говорится, что небольшое (до 3%) растяжение нанотрубок вело к температурным колебаниям до 30°С.

«Тогда ученые симулировали простую деформацию. Мы воссоздали полный термодинамический цикл. Симуляция включает 2 фазы (растяжение и отпускание), 2 теплообмена и 2 внешних резервуара. Мы рассчитали количество тепла, которое нанотрубка будет извлекать при идеальном контакте с конкретной средой. Получившийся КПД оказался лучше, чем у других экспериментально испытанных материалов», — сказал Фонсека.

Бытовые холодильники имеют коэффициент около 8 – они передают в 8 раз больше тепловой энергии от оборудования в окружающую среду, чем потребляют электричества.

«В симуляциях с 2 типами нанотрубок, мы получили КПД 4,1 и 6,5. Это – хорошие цифры, в сравнении с другими теплообменными явлениями», — сказал Фонсека.

Структуры могут растягиваться на 20%. Устойчивость к деформации, вместе с высокими эластокалорическими показателями, делает углеродные нанотрубки интересными материалом для наномерной электроники.

«Дополнительное достоинство материала – размер. Трубки можно вживить в полимерную матрицу при производстве гибкой электроники. Это – только часть стратегии по замене парокомпрессионных охладителей твердотельными аналогами для борьбы с глобальным потеплением», — подытожил Фонсека.