Bấc sinh học tăng cường khả năng làm mát chip điện tử
của Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc
Ý tưởng thiết kế bấc sinh học: (a) sơ đồ nguyên lý hoạt động của ống dẫn nhiệt dạng vòng, (b) sơ đồ cấu trúc mặt cắt lá tự nhiên, (c) mảng khí khổng trên bề mặt trục của lá Cinnamomum camphora, (d) mặt cắt ngang sơ đồ của bấc sinh học và (e) sơ đồ mảng lỗ giống ngón tay của bấc sinh học. Nguồn: Langmuir (2024). DOI: 10.1021/acs.langmuir.4c00434
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Ye Hong từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đứng đầu đã phát triển một bấc sinh học bằng gốm alumina với các lỗ giống ngón tay lấy cảm hứng từ mảng khí khổng của lá tự nhiên. Nghiên cứu của họ được công bố trên Langmuir.
Khi hiệu suất của chip điện tử tiếp tục được cải thiện, mức tiêu thụ điện năng của chúng cũng tăng lên, đặt ra những thách thức mới cho các chiến lược làm mát. Ống dẫn nhiệt vòng (LHP) là một giải pháp làm mát hấp dẫn do khả năng truyền nhiệt cao, truyền nhiệt chống trọng lực và không có bộ phận chuyển động.
Tuy nhiên, các yêu cầu khác nhau về sức cản dòng chảy và lực mao dẫn khiến việc thiết kế cấu trúc lỗ chân lông của bấc mao dẫn trong LHP trở nên khó khăn. Cụ thể, cần có các lỗ chân lông lớn hơn cho chất lỏng làm việc dạng khí để giảm sức cản dòng chảy, trong khi cần có các lỗ chân lông nhỏ hơn để cung cấp đủ lực mao dẫn để hút chất lỏng.
Để giải quyết tình huống khó xử này, nhóm của Giáo sư Ye Hong đã lấy cảm hứng từ cấu trúc khí khổng của lá cây. Sử dụng phương pháp đúc băng đảo pha, họ đã phát triển thành công một bấc sinh học bằng gốm nhôm có cấu trúc lỗ chân lông giống như ngón tay. Các lỗ chân lông giống như ngón tay này, tương tự như cấu trúc khí khổng của lá cây, có hiệu quả làm tăng diện tích giao diện khí-lỏng, cho phép đẩy chất lỏng làm việc dạng khí ra ngoài kịp thời và giảm sức cản truyền khối.
Đồng thời, các lỗ chân lông có kích thước micron xung quanh các lỗ chân lông giống như ngón tay cung cấp đủ lực mao dẫn để bổ sung chất lỏng tại giao diện bay hơi khí-lỏng. Các thử nghiệm khởi động và vận hành của LHP đã xác nhận hiệu suất truyền nhiệt và khối lượng vượt trội của bấc sinh học.
Công trình này không chỉ giải quyết xung đột giữa việc tăng cường lực mao dẫn và giảm sức cản dòng chảy mà còn đưa ra giải pháp mới để làm mát chip điện tử mật độ công suất cao. Nó cho thấy giá trị ứng dụng tiềm năng trong quản lý nhiệt hiệu quả cho các lĩnh vực hàng không vũ trụ, hàng không và vi điện tử.
