Soojusjuhtimise suundumused: uuenduslikud materjalid ja strateegiad järgmise-generatsiooni elektroonika ja elektrisõidukite jaoks

Kuna elektroonikaseadmed muutuvad väiksemaks ja võimsamaks ning nende laialdase kasutuselevõtugauued energiasõidukid (NEV)ja 5G tehnoloogia,kuumusest on saanud peamiseks tulemuslikkust piiravaks kitsaskohaks. Soojusjuhtimine pole enam pelgalt toetav disainielement -, see on nüüd põhitegur, mis määrab toote ohutuse, kasutusea ja tõhususe.

See artikkel uurib soojusjuhtimise tulevikusuundumusi, keskendudes uuenduslikele materjalidele ja meetoditele, mis kujundavad tööstust ümber.

1. Väljakutse: Moore'i seadus kohtub "termilise müüriga"

Pooljuhtide, andmekeskuste ja toitepatareide puhul jagavad insenerid kriitilist väljakutset:kuidas tõhusalt eemaldada eksponentsiaalselt kasvavat soojust piiratud ruumidest.

Traditsiooniline õhkjahutus ja standardsed jahutusradiaatorid ei suuda üha enam täita kõrgeid soojus{0}}voo hajumise nõudeid. Järgmise- põlvkonna soojusjuhtimine nõuab tõeliselt revolutsioonilisi lahendusi.

2. Materjaliuuendus: täielik areng soojusjuhtivusest soojusisolatsioonini

Materjaliteaduse edusammud on termiliste kitsaskohtade murdmise võti. Innovatsioon hõlmab mõlematkiirem soojusjuhtivusjaohutum soojusisolatsioon.

① Advanced Thermal Interface Materials (TIM-id)

TIM-id täidavad mikroskoopilised tühimikud soojusallikate ja jahutusradiaatorite vahel.

Praegune olek: Traditsiooniline termomääre kipub aja jooksul kuivama ja ebaõnnestuma.

Tuleviku trend: Tekkimas on vedel metall, süsinikkiust termopadjad ja grafeenikomposiidid. Äärmiselt madala kontaktsoojustakistusega parandavad need drastiliselt soojusülekande efektiivsust -, mis sobivad ideaalselt suure jõudlusega kiipide jahutamiseks-.

② Phase Change Materials (PCM) soojusenergia salvestamiseks

PCM-id neelavad faasiülemineku ajal suures koguses varjatud soojust (nt tahkest -vedelikku -), stabiliseerides temperatuuri hüppeid.

Rakendus: Elektrooniliste seadmete mööduva ülekoormuse ajal toimivad PCM-id nagu "soojusaku", mis neelab soojust, et vältida äkilisi temperatuuritõususid. Neil on mobiilseadmetes ja aku soojusjuhtimises tugev potentsiaal.

③ Suure-jõudlusega isolatsioon ja leeki aeglustavad materjalid-: vilgukivi taasavastus

Suure{0}}tõhusa soojuse hajutamise poole püüdlemiseltermiline ohutuson sama kriitiline -, eriti NEV-akude puhul.

Vilgukivi roll:Vilgukivi materjalid (eriti flogopiit ja sünteetiline vilgukivi) ei ole lihtsalt traditsioonilised isolaatorid - need on tuleviktermilised tulemüürid.

Uuenduslik rakendus:kasutatakse leegiaeglustajatena-akumoodulite vahel, vilgukivist lehed blokeerivad tõhusalttermiline levikkambrite vahel, ostes reisijatele väärtuslikku põgenemisaega.

Selle võime vastu pidadatemperatuurid kuni 1000 kraadi, säilitades samal ajal elektriisolatsioonion paljudel kaasaegsetel sünteetilistel materjalidel raske korrata.

3. Meetodiuuendus: üleminek passiivsetelt süsteemidelt aktiivsetele süsteemidele

Soojusjuhtimise meetodid arenevad ka passiivsest jahutusestaktiivne, intelligentne juhtimine.

① Vedelikjahutus läheb peavoolu

Õhul on madal soojusjuhtivus - vedelikud on muutumas eelistatud valikuks suure-võimsusega-suure tihedusega rakendustes.

Sukeljahutus: Serverid või akud on otse mittejuhtivasse jahutusvedelikku sukeldatud. Äärmiselt kõrge soojuse hajumise tõhusus, tulevaste roheliste andmekeskuste ja ülikiirete{3}}akude -laadimine{3}}.

Külm-plaadi vedelikjahutus: küpsem tehnoloogia; soojus eemaldatakse vedeliku kaudu, mis ringleb läbi soojusallikate külge kinnitatud plaatide.

④ Kahe{0}}faasiline jahutus

Kasutab vedeliku aurustamise (soojuse neelamise) ja kondenseerumise (soojuse vabastamise) tsüklit.

Aurukambrid (VC): sisuliselt lamedad soojustorud, mis levitavad kiiresti punktsoojust-alates suurtel pindadel. Juba standardsed-nutitelefonides ja sülearvutites.

⑤ intelligentsed soojusjuhtimissüsteemid

Tehisintellekti ja andurite tehnoloogia ühendamine on tulevane soojusjuhtiminedünaamiline ja ennustav.

Süsteemid eeldavad soojuse teket töökoormuse alusel, reguleerides eelnevalt jahutusvedeliku voolu või ventilaatori kiirust, et saavutada optimaalne tasakaal energiatõhususe ja jahutusvõime vahel.

4. Järeldus

Soojusjuhtimise tulevik on multidistsiplinaarne piir. See nõuab kõrge-soojusjuhtivusega-grafeeni, faasi-muutuvat soojust-salvestusmaterjali ja - ülimalt - kõrget-temperatuuri isoleerivaid materjale, nagu vilgukivi, mis järgivad ohutuse põhialuseid.

Tootjatele,pakkudes integreeritud lahendusi, mis ühendavad soojusjuhtivuse, soojusisolatsiooni ja elektriisolatsioonion selles tehnoloogilises revolutsioonis eelise saavutamise võti.