Jäähdytys ilman sähköä tai vettä

Viimeaikaiset tekoälyteknologian edistysaskeleet ovat vauhdittaneet datakeskusten määrän kasvua, ja niiden lämmönhallintaan tarvittavien sähkö- ja vesivarojen turvaamisesta on tullut maailmanlaajuinen haaste. Samoin mobiililaitteet ja sähköautojen akut vaativat teknologioita, jotka pystyvät tehokkaasti haihduttamaan lämpöä suljetuissa tiloissa.

Suurempi kuva

Perinteiset aktiiviset jäähdytysmenetelmät, jotka käyttävät pumppuja tai tuulettimia, vaativat kuitenkin sähköenergiaa ja jäähdytysnestettä, ja niiden monimutkaiset järjestelmät aiheuttavat merkittäviä ylläpitokustannuksia.

Näin ollen vaihtoehdoksi ovat nousseet passiiviset jäähdytystekniikat, jotka eivät vaadi ulkoista energiansyöttöä – erityisesti haihduttavat jäähdytystekniikat, jotka hyödyntävät ilmassa olevaa kosteutta. Koska useimmat perinteiset hygroskooppiset materiaalit – eli kosteutta imevät materiaalit – ovat kuitenkin jäykkiä kiteisiä kiinteitä aineita, ne eivät tartu tiukasti elektronisten laitteiden pintoihin ja aiheuttavat korroosiota. Nämä ovat merkittäviä rajoituksia niiden kaupallistamiselle.

DGIST:n professori Seong Kyun Kimin tutkimusryhmä saavutti merkittävän läpimurron näiden rajoitusten ratkaisemisessa yhdistämällä erinomaisen kosteuden varastointikyvyn omaavan "nanoselluloosan" orgaanisiin ionimolekyyleihin, joilla on vahvat hygroskooppiset ominaisuudet, syntetisoidakseen uuden joustavan ja tarttuvan kalvomateriaalin.

Kehitetty materiaali säilyttää vahvan tarttuvuuden ja joustavuuden jopa täysin kuivana, mikä mahdollistaa lujan ja raottoman tarttumisen erilaisiin elektronisten laitteiden pintoihin, kuten metalleihin, puolijohteisiin ja lasiin. Se imee ja varastoi huomattavan määrän ilmassa olevaa kosteutta jopa kuivissa ympäristöissä, ja se haihtuu laitteen tuottaessa lämpöä käytön aikana, mikä alentaa pinnan lämpötilaa reaaliajassa. Materiaalin keskeinen etu on, että se ei aiheuta korroosiota kosteudesta huolimatta, mikä mahdollistaa sen levittämisen suoraan laitteiden pinnoille ilman lisäpinnoitteita.

Kun tutkimusryhmä testasi kalvoa elektronisten laitteiden jatkuvan käytön todellisissa olosuhteissa, kehitetty kalvomateriaali osoitti poikkeuksellisen jäähdytystehon ja alensi laitteen pintalämpötilaa vakaasti jopa 18,2 °C:lla (72,3 °C:sta 54,1 °C:seen) yli 12 tunnin ajan.

”Tämän tutkimuksen merkitys ulottuu pelkän ympäristöystävällisen materiaalin kehittämisen ulkopuolelle. Se käsittelee samanaikaisesti useita perinteisten passiivisten jäähdytysmateriaalien rajoituksia, kuten syövyttävyyttä sekä riittämätöntä joustavuutta ja tarttuvuutta”, selitti DGIST:n fysiikan ja kemian laitoksen professori Seong Kyun Kim.

Aiheesta aiemmin:

Nanotason jäähdytystä ionivirtauksella

Nanoteknistä lämpösähköä kiinteän olomuodon jäähdytyksen

Ennätysmäistä kvanttijäähdytystä kvanttitietokoneille