Met grafeen versterkte warmtepijpen kunnen vermogenselektronica efficiënt koelen. Krediet: Ya Liu / Johan Liu / Chalmers University of Technology
Onderzoekers van Chalmers University of Technology, Zweden, hebben ontdekt dat op grafeen gebaseerde warmtepijpen kunnen helpen bij het oplossen van de problemen van koelelektronica en voedingssystemen die worden gebruikt in elektronische luchtvaart, datacentra en andere vermogenselektronica.
“Heatpipes zijn een van de meest efficiënte tools voor dit doel, vanwege hun hoge efficiëntie en unieke vermogen om warmte over een grote afstand over te dragen”, zegt Johan Liu, hoogleraar elektronicaproductie, bij de afdeling Microtechnologie en Nanowetenschappen van Chalmers.
De resultaten, waarbij ook onderzoekers in China en Italië betrokken waren, zijn onlangs gepubliceerd in het open access tijdschrift Nano Select.
Elektronica en datacenters moeten efficiënt worden gekoeld om goed te kunnen werken. Met grafeen versterkte warmtepijpen kunnen deze problemen oplossen. Momenteel zijn warmtepijpen meestal gemaakt van koper, aluminium of hun legeringen. Vanwege de relatief hoge dichtheid en beperkte warmteoverdrachtcapaciteit van deze materialen, worden warmtepijpen geconfronteerd met grote uitdagingen in toekomstige stroomapparaten en datacenters.
Grote datacenters die bijvoorbeeld digitale bankdiensten en websites voor videostreaming leveren, zijn extreem energie-intensief en een milieubedrijf met grotere emissies dan de luchtvaartsector. Het verkleinen van de klimaatvoetafdruk van deze industrie is daarom essentieel. De ontdekkingen van de onderzoekers hier zouden een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de energie-efficiëntie van deze datacenters, maar ook in andere toepassingen.
De met grafeen versterkte warmtepijp vertoont een specifieke thermische overdrachtscoëfficiënt die ongeveer 3,5 keer beter is dan die van op koper gebaseerde warmtepijp. De nieuwe bevindingen effenen de weg voor het gebruik van met grafeen versterkte warmtepijpen in lichtgewicht koeltoepassingen met grote capaciteit, zoals vereist in veel toepassingen zoals luchtvaartelektronica, auto-elektronica, laptops, handsets, datacenters en ruimte-elektronica.
De met grafeen versterkte warmtepijpen zijn gemaakt van met grafeen geassembleerde films met een hoge thermische geleidbaarheid, ondersteund door met koolstofvezel versterkte binnenoppervlakken. De onderzoekers testten buizen met een buitendiameter van 6 mm en een lengte van 150 mm. Ze vertonen grote voordelen en mogelijkheden voor het koelen van een verscheidenheid aan elektronica en voedingssystemen, vooral waar een laag gewicht en een hoge corrosiebestendigheid vereist zijn.
“Het condensorgedeelte, het koude gedeelte van de met grafeen versterkte warmtepijp, kan worden vervangen door een koellichaam of een ventilator om de koeling nog efficiënter te maken wanneer het in een echt geval wordt toegepast”, legt Ya Liu, Ph.D. uit. Student aan het Electronics Materials and Systems Laboratory in Chalmers.
Ya Liu et al, Een lichtgewicht en hoogwaardige warmtebuis van grafeen, Nano Select (2020). DOI: 10.1002 / nano.202000195
Geleverd door Chalmers University of Technology
