پلاستیک خنک‌کننده ساخت تجهیزات نسل پنجم را متحول می‌کند
دانشمندان «دانشگاه نورت‌ایسترن» (Northeastern University) آمریکا موفق به تولید نوعی کامپوزیت سبک‌وزن از جنس پلاستیک-سرامیک شده‌اند که می‌تواند حرارت را به‌خوبی منتقل کند و در خنک‌سازی تجهیزات پیشرفته الکترونیکی کاربرد داشته باشد. این ماده‌ی نوآورانه می‌تواند از داغ شدن بیش از حد دستگاه‌ها جلوگیری کند.
چالش مدیریت گرما در تجهیزات پیشرفته
پروفسور «رَندال ارب» (Randall Erb)، استاد دانشگاه نورت‌ایسترن و سرپرست آزمایشگاه «مونتاژ هدایت‌شده ذرات و سوسپانسیون‌ها» (DAPS) که سرپرستی این پروژه را بر عهده داشته می‌گوید: «مدیریت گرما یک چالش بزرگ برای الکترونیک قدرت [دستگاه‌های الکترونیکی که با توان بالا کار می‌کنند] و دستگاه‌هایی مانند آنتن‌های راداری است. وقتی قطعات الکترونیکی بیش از حد گرم می‌شوند یا باید سرعت آنها را کم کنید یا آنها را خاموش کنید. این کار ممکن است برای یک تلفن خوب باشد؛ اما برای سیستم‌های حیاتی مانند رادار خوب نیست».
این ماده جدید در همکاری با آزمایشگاه تحقیقات ارتش آمریکا ساخته شده و ترکیبی از سرامیک، پلیمر و افزودنی‌ها است. این ماده جدید به صورت سه‌بعدی قابل چاپ است. ساختار داخلی این کامپوزیت به‌گونه‌ای منحصر‌به فرد طراحی شده، و تا سطح نانو به صورت منظم سازمان‌یافته است. این ویژگی امکان انتقال مؤثر حرارت را فراهم می‌کند.
انتخاب عجیب پلاستیک به عنوان یک خنک کننده
«دنیل براکونیِه» (Daniel Braconnier)، دانش‌آموخته دکترای آزمایشگاهی که ارب سرپرست آن است، می‌گوید: «پلاستیک‌ها معمولا رسانای ضعیفی برای گرما هستند. اضافه کردن ذرات سرامیکی کمی کمک می‌کند؛ اما خود پلاستیک باز هم مانع از عبور کامل گرما می‌شود».
دستاورد اصلی این پژوهش، یافتن راهی برای سازماندهی دقیق مواد در تمام مقیاس‌ها بوده است؛ از مولکول‌ها تا قطعه نهایی. با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی، پژوهشگران ذرات سرامیکی را به صورت دقیق جای‌گذاری کرده، سپس از گرمادهی کنترل شده برای رشد پل‌های بلوری پلیمری میان آنها استفاده کردند. این شبکه‌ی متصل، امکان انتقال موثر حرارت را فراهم می‌کند و باعث می‌شود ماده حتی از فولاد ضد زنگ رساناتر باشد، در حالی که چهار برابر سبک‌تر است.
ارب می‌گوید: «این ویژگی‌ها می‌تواند عملکرد بسیاری از سیستم‌ها را به طور چشمگیری افزایش دهند».
برخلاف فلزاتی مانند فولاد ضدزنگ که در صورت تماس با قطعات الکترونیکی می‌تواند باعث اتصال کوتاه شوند، این ماده یک عایق الکتریکی است. همچنین سیگنال‌های فرکانس رادیویی را مسدود نمی‌کند؛ به این معنی که با سیستم‌های نسل پنجم (5G) یا رادار تداخل نخواهد داشت.
با کوچک‌تر و قدرتمندتر شدن تجهیزات الکترونیکی، مدیریت گرمای ناشی از عملکرد آنها دشوارتر شده است. براکونیِه می‌گوید: «صنعت همواره به دنبال قدرت بیشتر در حجم کمتر است که این یعنی دستگاه‌ها مدام داغ‌تر می‌شوند»، به‌عنوان مثال، پردازنده آیفون در شرایط گرم معمولا با سرعت کامل کار نمی‌کند تا از داغ شدن بیش‌ازحد جلوگیری شود.
کاربرد‌های پلاستیک خنک‌کننده
مراکز داده:
کاربرد این ماده فراتر از تلفن‌های همراه است. به گفته ارب، «مراکز داده مقدار زیادی گرما تولید می‌کنند و صنعت هنوز راهکار پایداری برای آن ندارد. این ماده به تنهایی راه‌حل نیست؛ اما می‌تواند با فراهم کردن یک رابط حرارتی بهتر میان تراشه‌ها و دیگر سامانه‌های خنک‌کننده [با بهبود انتقال گرما از تراشه به سیستم خنک‌کننده] به حل مشکل کمک کند».
خودرو‌های برقی:
کاربرد دیگر این ماده در خودرو‌های برقی است، جایی که داغ شدن باتری می‌تواند منجر به آتش‌سوزی‌های خطرناک شود. ارب توضیح می‌دهد: «این ماده می‌تواند در اطراف سلول‌های باتری استفاده شود تا گرما را پخش و حذف کند و از رویداد‌های فرار گرمایی پیشگیری کند».
در حال حاضر، تیم تحقیقاتی این پروژه در حال همکاری با آزمایشگاه ارتش آمریکا برای افزایش تولید این ماده در مقیاس صنعتی است.
انتهای پیام/
