Исследователи из Университета Вирджинии разработали метод охлаждения, основанный на использовании кристаллов hBN, которые при повышении давления изменяют свою структуру и поглощают тепло. При снятии давления кристаллы возвращаются в исходное состояние, отдавая накопленный жар. Этот процесс позволяет эффективно охлаждать устройства без применения традиционных методов, таких как вентиляторы или жидкостные системы.
Умные кристаллы для отвода тепла: разработана продвинутая система охлаждения электроники
Ученые предложили инновационный способ охлаждения электронных устройств с помощью особых кристаллов, способных эффективно отводить тепло без использования жидкостей и вентиляторов.
Freepik
Эта технология может изменить подход к охлаждению гаджетов, сделав их более надежными и экологичными.
Как работают кристаллы-охладители
Такие кристаллы могут работать в диапазоне температур от -37°C до +10°C, что делает их пригодными для использования в бытовой технике и электронике. Однако для их функционирования требуется высокое давление, что пока ограничивает практическое применение технологии.
Ученые, опубликовавшие исследование в журнале Nature Materials, рассказали о необычных свойствах материала под названием гексагональный нитрид бора (hBN). Его структура напоминает плоскую сетку из атомов бора и азота, и именно благодаря ей hBN может передавать тепло совершенно особым способом — с помощью гиперболических фонон-поляритонов (HPhP). Такие колебания распространяются внутри материала по «гиперболической» траектории, что позволяет им перемещать тепло гораздо быстрее. Это особенно важно для современных электронных устройств — маленьких, мощных и быстро нагревающихся, где традиционные способы охлаждения уже не справляются. HPhP помогают эффективно отводить тепло от нагревающихся участков, делая электронику более надежной и долговечной.
Преимущества и перспективы
Одним из главных преимуществ кристаллического охлаждения является отсутствие вредных хладагентов, которые используются в привычных системах и могут наносить ущерб окружающей среде при утечках. Кроме того, кристаллы не имеют подвижных элементов, что снижает риск поломок и увеличивает срок службы устройств.
Доктор Дженни Прингл, ведущий исследователь проекта, отмечает: «Эти кристаллы обладают потенциалом для создания более устойчивых и экологичных систем охлаждения, хотя нам еще предстоит решить проблему высокого давления, необходимого для их работы».
Золотой эксперимент
Действенность технологии была продемонстрирована в эксперименте с нагревом золота на подложке из нитрида бора. Исследователи нанесли тонкий слой золота на подложку из нитрида бора и начали нагревать металл. Это привело к активации HPhP-мод в структуре hBN. Особые колебания позволили теплу быстрее перемещаться от интерфейса между золотом и подложкой из нитрида бора, эффективно перенося его через сам hBN. Как показали измерения, такая передача тепла оказалась в 10 раз эффективнее, по сравнению с обычными методами.
Открытие особенно важно на фоне стремительного роста числа компактных и мощных гаджетов. Чем меньше устройство — тем сложнее его охладить, ведь в корпусе просто нет места для вентиляторов и радиаторов. Здесь-то и пригодятся такие «умные» кристаллы. Они могут стать идеальным решением для охлаждения микросхем в смартфонах, носимых устройствах и даже в космической электронике, где надежность критична, а шум и лишние детали — недопустимы.