ภาวะเหงื่อออกมาก

"การพัฒนาไมโครอิเล็กทรอนิกส์ทำให้เกิดความต้องการอย่างมากในเทคนิคการจัดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากส่วนประกอบทั้งหมดอัดแน่นและชิปอาจร้อนจัด" ผู้เขียนอาวุโส Ruzhu Wang ผู้ศึกษาวิศวกรรมการทำความเย็นที่ Shanghai Jiao Tong University กล่าว "ตัวอย่างเช่น หากไม่มีระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ โทรศัพท์ของเราอาจมีระบบพังและลวกมือได้หากเราใช้งานเป็นเวลานานหรือโหลดแอปพลิเคชันขนาดใหญ่" อุปกรณ์ขนาดใหญ่เช่นคอมพิวเตอร์ใช้พัดลมเพื่อควบคุมอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม พัดลมมีขนาดใหญ่ เสียงดัง และสิ้นเปลืองพลังงาน จึงไม่เหมาะกับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น โทรศัพท์มือถือ ผู้ผลิตได้ใช้วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) เช่น ไขและกรดไขมัน เพื่อระบายความร้อนในโทรศัพท์ วัสดุเหล่านี้สามารถดูดซับความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์เมื่อหลอมละลาย อย่างไรก็ตาม ปริมาณการแลกเปลี่ยนพลังงานทั้งหมดระหว่างการเปลี่ยนสถานะของแข็งเป็นของเหลวนั้นค่อนข้างต่ำ ในทางตรงกันข้าม การเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวเป็นไอของน้ำสามารถแลกเปลี่ยนพลังงานได้ 10 เท่าเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนสถานะของแข็งเป็นของเหลวด้วย PCM Wang และทีมของเขาได้รับแรงบันดาลใจจากกลไก ภาวะเหงื่อออกมาก ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ศึกษากลุ่มของวัสดุที่มีรูพรุนที่สามารถดูดซับความชื้นจากอากาศและปล่อยไอน้ำออกมาเมื่อได้รับความร้อน ในหมู่พวกเขา กรอบสารอินทรีย์โลหะ (MOFs) มีแนวโน้มมากที่สุดเนื่องจากสามารถเก็บน้ำได้จำนวนมาก และนำความร้อนออกไปได้มากขึ้นเมื่อได้รับความร้อน "ก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้พยายามใช้ MOF เพื่อสกัดน้ำจากอากาศในทะเลทราย" Wang กล่าว "แต่ MOFs ยังคงมีราคาแพงมาก การใช้งานขนาดใหญ่จึงใช้งานไม่ได้จริงๆ การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าการระบายความร้อนด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นการใช้งาน MOF ในชีวิตจริงที่ดี เราใช้วัสดุน้อยกว่า 0.3 กรัมในการทดลองของเรา และผลการทำความเย็น มันผลิตได้อย่างมีนัยสำคัญ " ทีมงานได้เลือก MOF ประเภทหนึ่งที่เรียกว่า MIL-101(Cr) สำหรับการทดลอง เนื่องจากความสามารถในการดูดซับน้ำที่ดีและมีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ พวกเขาเคลือบแผ่นอลูมิเนียมขนาด 16 ตารางเซนติเมตรสามแผ่นด้วย MIL-101(Cr) ที่มีความหนาต่างกัน 198, 313 และ 516 ไมโครเมตร ตามลำดับ และนำไปอุ่นบนแผ่นความร้อน ทีมงานพบว่าการเคลือบ MIL-101Cr สามารถชะลอการเพิ่มอุณหภูมิของแผ่นงานได้ และผลที่ได้จะเพิ่มขึ้นตามความหนาของชั้นเคลือบ ในขณะที่แผ่นที่ไม่เคลือบมีอุณหภูมิสูงถึง 60°C หลังจากผ่านไป 5.2 นาที แผ่นเคลือบที่บางที่สุดจะเพิ่มเวลาเป็นสองเท่าและอุณหภูมิไม่ถึงเท่าเดิมจนกว่าจะถึง 11.7 นาที แผ่นที่มีการเคลือบหนาที่สุดถึง 60°C หลังจากให้ความร้อน 19.35 นาที "นอกจากการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพแล้ว MIL-101(Cr) ยังสามารถฟื้นตัวได้อย่างรวดเร็วด้วยการดูดซับความชื้นอีกครั้งเมื่อแหล่งความร้อนถูกกำจัดออกไป เช่นเดียวกับที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคืนความชุ่มชื้นและพร้อมที่จะขับเหงื่ออีกครั้ง" Wang กล่าว "ดังนั้น วิธีนี้จึงเหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ได้ใช้งานตลอดเวลา เช่น โทรศัพท์ การชาร์จแบตเตอรี่ และสถานีฐานโทรคมนาคม ซึ่งบางครั้งอาจมีการโอเวอร์โหลด" ในการตรวจสอบผลการระบายความร้อนของ MIL-101(Cr) บนอุปกรณ์จริง Wang และทีมของเขาได้ทดสอบแผ่นระบายความร้อนแบบเคลือบบนอุปกรณ์ไมโครคอมพิวเตอร์ เมื่อเทียบกับฮีตซิงก์ที่ไม่เคลือบผิว ตัวเคลือบจะลดอุณหภูมิของชิปลงได้ถึง 7°C เมื่ออุปกรณ์ทำงานในปริมาณมากเป็นเวลา 15 นาที มองไปข้างหน้า ทีมงานวางแผนที่จะปรับปรุงการนำความร้อนของวัสดุ "เมื่อน้ำหมด สารเคลือบที่แห้งจะกลายเป็นตัวต้านทานที่ส่งผลต่อการกระจายความร้อนของอุปกรณ์" Chenxi Wang ผู้เขียนคนแรกกล่าว การรวมสารเติมแต่งที่เป็นตัวนำความร้อน เช่น กราฟีน ลงในวัสดุอาจช่วยแก้ปัญหาได้ เขากล่าว ก่อนที่ผู้ผลิตจะติดตั้งระบบระบายความร้อนนี้ลงในโทรศัพท์ของเรา ต้นทุนคือปัญหาหลัก Ruzhu Wang กล่าว เราหวังว่าจะเพิ่มความต้องการของตลาดสำหรับพวกเขา และส่งเสริมการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับ MOF เพื่อลดต้นทุน"