Giải pháp làm mát siêu mỏng cho thiết bị di động mở ra công nghệ mỏng hơn, hiệu suất cao
của Đại học Nagoya
Thiết kế UTLHP: Ống dẫn nhiệt vòng siêu mỏng (UTLHP) được chế tạo trên một tấm đồng có kích thước bằng một thẻ tín dụng, với cấu trúc bấc mịn (vật liệu xốp) làm từ bột đồng thiêu kết. Hàn laser đảm bảo cấu trúc kín khí. Bấc hình cào cho phép hơi nước thoát ra, với nước là tác nhân làm mát. Cấu trúc trụ ngăn ngừa tắc nghẽn và ổn định dòng chảy, và bấc thứ cấp cho phép cung cấp chất lỏng ổn định, cho phép vận hành ở mọi vị trí. Tín dụng: Sasaki và cộng sự, 2025
Các nhà khoa học từ Đại học Nagoya ở Nhật Bản đã phát triển một thiết bị làm mát sáng tạo—ống dẫn nhiệt vòng siêu mỏng—giúp cải thiện đáng kể khả năng kiểm soát nhiệt cho các linh kiện điện tử trong điện thoại thông minh và máy tính bảng. Bước đột phá này quản lý thành công mức nhiệt sinh ra trong quá trình sử dụng điện thoại thông minh nhiều, có khả năng cho phép phát triển các thiết bị di động thậm chí còn mỏng hơn, có khả năng chạy các ứng dụng đòi hỏi khắt khe mà không bị quá nhiệt hoặc cản trở hiệu suất.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Applied Thermal Engineering, giải quyết một trong những thách thức quan trọng nhất trong kỹ thuật thiết bị di động: làm mát hiệu quả các thành phần ngày càng mạnh mẽ trong không gian hạn chế của các thiết bị di động mỏng.
Giải pháp của nhóm cung cấp khả năng quản lý nhiệt hiệu quả hơn mà không làm tăng độ dày của thiết bị, cho phép các nhà sản xuất mở rộng ranh giới hiệu suất trong khi vẫn duy trì hoặc thậm chí giảm kích thước. Điều này có thể dẫn đến điện thoại thông minh và máy tính bảng thế hệ tiếp theo mang lại hiệu suất cao liên tục mà không ảnh hưởng đến thiết kế hoặc trải nghiệm của người dùng.
Phá vỡ rào cản về kích thước
Ống dẫn nhiệt vòng (LHP) là thiết bị truyền nhiệt thụ động hiệu suất cao có thể di chuyển nhiệt từ vị trí này sang vị trí khác mà không cần nguồn điện bên ngoài. Nó hoạt động giống như ống dẫn nhiệt thông thường nhưng có cấu trúc phức tạp hơn, mang lại một số lợi thế. Ví dụ, LHP có "bể chứa" hoạt động như một khu vực lưu trữ chất lỏng, giúp hệ thống ổn định và đảm bảo lưu thông trơn tru.
Ống dẫn nhiệt thông thường di chuyển chất lỏng theo đường thẳng, nhưng LHP có thiết kế vòng kín—chất lỏng liên tục di chuyển qua hệ thống theo vòng lặp. Điều này cho phép nó truyền nhiệt trên khoảng cách xa hơn và xử lý tải nhiệt cao hơn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thiết bị điện tử tiên tiến. Hệ thống vận chuyển nhiệt mà không cần sử dụng điện bằng cách sử dụng lực mao dẫn do vật liệu xốp (cấu trúc bọt biển) gọi là "bấc" tạo ra để dẫn động máy bơm.
Ống dẫn nhiệt vòng siêu mỏng (UTLHP) được tạo ra bằng cách tạo đường dẫn dòng chảy trong các tấm đồng mỏng, bao gồm một bấc làm bằng bột đồng thiêu kết (bột đồng được nén thành cấu trúc xốp rắn bằng nhiệt hoặc áp suất) và hàn laser chúng để tạo thành một đơn vị rắn chắc, chính xác. Hệ thống sử dụng nước làm chất làm mát bên trong các kênh đồng mỏng. Nước hấp thụ nhiệt, bốc hơi, di chuyển đến khu vực mát hơn, ngưng tụ trở lại thành chất lỏng và chu trình được lặp lại.
UTLHP đã được thử nghiệm với các lượng nước khác nhau ở nhiều vị trí để mô phỏng các hướng khác nhau mà chúng ta cầm thiết bị di động của mình. Thiết bị có thể vận chuyển ổn định 10 W nhiệt theo hướng thẳng đứng và ngang. Kích thước của tụ điện trong các UTLHP trước đây khá lớn, khiến việc lắp đặt vào các thiết bị di động trở nên khó khăn. Trong nghiên cứu này, độ nhỏ gọn được tối ưu hóa dựa trên các mô hình số từ giai đoạn thiết kế, đạt được ba tính năng chính: mỏng, hiệu suất cao và dễ lắp đặt.
Với độ dày chỉ 0,3 mm, UTLHP mới vừa vặn với điện thoại hiện đại mỏng mà không làm chúng nặng hơn, hoạt động hiệu quả bất kể bạn cầm điện thoại như thế nào và có thể xử lý mức nhiệt cho các tác vụ tốn nhiều năng lượng như chơi game và xử lý video. Nguồn: Sasaki và cộng sự, 2025
Khi chuyển đổi thành độ dẫn nhiệt, khả năng truyền nhiệt của thiết bị cao hơn khoảng 45 lần so với đồng và cao hơn khoảng 10 lần so với tấm than chì. Cả đồng và than chì đều nổi tiếng với khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời. Điều này cho thấy thiết bị mới có khả năng làm mát cực cao mặc dù siêu mỏng.
Ngoài ra, vì tuân thủ kích thước tiêu chuẩn quốc tế đối với thẻ thông minh (không tiếp xúc), UTLHP có thể được sử dụng cho các thẻ thông minh ngày càng tinh vi hơn trong tương lai.
Với độ dày chỉ 0,3 mm, UTLHP mới vừa vặn với những chiếc điện thoại hiện đại mỏng mà không làm chúng nặng hơn, hoạt động hiệu quả bất kể bạn cầm điện thoại như thế nào và có thể xử lý mức nhiệt cho các tác vụ tốn nhiều năng lượng như chơi game và xử lý video.
"Thiết bị có khả năng kéo dài tuổi thọ pin bằng cách giữ các thành phần ở nhiệt độ tối ưu và hỗ trợ các thiết kế mỏng hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất", Giáo sư Hosei Nagano, một nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Sau đại học của Đại học Nagoya và là tác giả chính nhấn mạnh.
"Thành tựu này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các thiết bị di động thế hệ tiếp theo và được thực hiện với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu từ Porite Corporation, một nhà sản xuất luyện kim bột toàn cầu tại Nhật Bản."
Jun Sasaki, một sinh viên thạc sĩ tại Trường Cao học Kỹ thuật và là tác giả đầu tiên, đã giải thích về nhu cầu về các công nghệ quản lý nhiệt tiên tiến có thể tản nhiệt hiệu quả trong các thiết bị di động.
"Việc phát triển công nghệ làm mát hiệu quả là một vấn đề cấp bách, vì sự tích tụ nhiệt có thể dẫn đến giảm hiệu suất thiết bị, rút ngắn tuổi thọ và thậm chí là các vấn đề về an toàn", ông cho biết.
