Старовинна техніка обробки дерева врятує сучасну електроніку від перегріву: до чого дійшли вчені
Вчені з Китаю розробили новий тип механічного з'єднання для електронних пристроїв, вивчивши традиційні столярні з'єднання. Їхньою метою було вирішити одну з головних проблем в електроніці: неефективну передачу тепла та електрики між різними матеріалами всередині таких пристроїв, як процесори, світлодіоди, електромобілі та швидкі зарядні пристрої.
Електронні системи зазвичай складаються з багатьох шарів і деталей, виготовлених з різних матеріалів. Ці матеріали повинні щільно стикатися, щоб струм та тепло могли ефективно переміщатися між ними. У багатьох випадках інженери просто стискають матеріали, утворюючи так звані механічні з'єднання. Однак цей метод часто створює нерівні контактні поверхні, що уповільнює рух електронів і теплових коливань, відомих як фонони.
Коли струм та тепло не можуть належним чином переміщатися через ці з'єднання, електричний опір збільшується. Цей додатковий опір створює небажане тепло, знижує енергоефективність, пошкоджує внутрішні деталі, а в крайніх випадках може навіть призвести до виходу пристроїв з ладу або їх перегріву.
Дослідницька група з Південно-Східного університету запропонувала нове рішення, натхненне столярними техніками, що використовуються століттями в дерев'яному виробництві.
Головний дослідник Менглон Хао пояснив, що на проєкт вплинули стародавні інженерні методи. Він сказав: "Мене завжди вражало, наскільки розумними були деякі стародавні/традиційні інженерні рішення".
Команда зосередилася на столярних з'єднаннях, таких як шпунтові та пальцеві з'єднання. Ці методи вже давно дозволяють столярам міцно з'єднувати крихкі дерев'яні деталі, не пошкоджуючи їх. Дослідники адаптували ці конструкції для мікроскопічного застосування в електроніці, зменшивши структури до крихітних візерунків, придатних для кремнієвих мікросхем та сучасних компонентів.
За словами Хао, "ці структури забезпечили дуже високу контактну провідність, як електричну, так і теплову".
Однією з головних проблем охолодження електронних пристроїв є те, що кремнієві мікросхеми є делікатними. Сильний тиск може покращити контакт між матеріалами, але надмірний тиск може призвести до тріщин або пошкодження мікросхеми. Нові конструкції, натхненні столярним мистецтвом, вирішили цю проблему по-іншому. Замість того, щоб покладатися лише на пряме стиснення, вони перетворили стискаюче напруження на зсувне.
Зсувне напруження діє як бічна сила. Ця сила допомагала електронам і фононам рухатися крізь тонкі ізолюючі поверхневі шари, які називаються діелектричними бар’єрами. В результаті електрика та тепло ефективніше передавалися між матеріалами.
Дослідники протестували нові з'єднання, використовуючи світлодіодні компоненти. Експерименти показали значні поліпшення. Температура всередині мікросхеми знизилася на 44 градуси Цельсія порівняно зі стандартними з'єднаннями, які зараз використовуються в електроніці.
Источник: focus.ua