هناك العديد من أنواع مخططات التبريد عالية الكفاءة، مثل مخطط لوحة تبريد الماء، ومخطط تبريد رقاقة التبريد TEC، ومخطط تصميم أنبوب الحرارة عالي الطاقة أو لوحة VC، ولكن هذه الورقة تهدف إلى توضيح مخطط تبريد آخر عالي الكفاءة
الكلمات الدالة
تبريد عالي الكفاءة
ترانزستورات حرارية كهروكيميائية ذات حالة صلبة
محتويات المقالة
مع تطور الصناعة الحديثة، يزداد عدد الأجهزة التي تحتاج إلى تشغيل لتوليد قدر كبير من الحرارة. ولضمان عمل هذه المكونات الإلكترونية بثبات وموثوقية، لا بد من تبديد الحرارة. على سبيل المثال، في حياتنا اليومية، ترتفع درجة حرارة أجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة، مما يتطلب حلول تبريد. ومع ذلك، لا يمتلك نظام تبديد الحرارة عبر أنابيب الحرارة أو نظام تبديد الحرارة عبر ألواح التبريد المائي تقنية جديدة ذات كفاءة عالية في تبديد الحرارة.
تم اختبار فكرة استخدام الكهرباء لإدارة الحرارة على مدى العقد الماضي، مما أدى إلى ظهور الترانزستور الحراري الكهروكيميائي - وهو جهاز يمكنه تنظيم تدفق الحرارة بإشارة كهربائية. تعاني الترانزستورات الحرارية السائلة المستخدمة على نطاق واسع اليوم من عيب خطير: يمكن أن يتسبب التسرب في توقف الجهاز عن العمل. في أحدث الأبحاث، طور فريق مشروع بقيادة البروفيسور هيروميتشي أوهتا من معهد العلوم الإلكترونية بجامعة هوكايدو أول ترانزستور حراري كهروكيميائي في الحالة الصلبة، وهو أكثر استقرارًا وموثوقية من الترانزستورات الحرارية السائلة. نُشرت نتائج البحث في مجلة Advanced Functional Materials. "يتكون الترانزستور الحراري بشكل أساسي من مادتين، المادة الفعالة ومادة التبديل. تتميز المادة الفعالة بموصلية حرارية متغيرة (κ)، وتستخدم مادة التبديل للتحكم في الموصلية الحرارية للمادة الفعالة." قدم البروفيسور هيروميتشي أوهتا. تم بناء الترانزستور الحراري على ركيزة من الزركونيا المستقرة بالإيتريا والتي تعمل أيضًا كمواد تبديل، مع أكسيد الكوبالت السترونشيوم كمادة فعالة، وأقطاب البلاتين التي توفر الكهرباء اللازمة للترانزستور.
وجدت الدراسة أن الموصلية الحرارية للمادة الفعالة في حالة "التشغيل" كانت مماثلة لتلك الخاصة ببعض الترانزستورات الحرارية السائلة. علاوة على ذلك، فإن الموصلية الحرارية للمادة الفعالة في حالة "التشغيل" أعلى بأربع مرات من حالة "الإيقاف". بالإضافة إلى ذلك، ظل الترانزستور مستقرًا بعد 10 دورات، متفوقًا على بعض الترانزستورات الحرارية السائلة المستخدمة حاليًا. اختبر الفريق أكثر من 20 ترانزستور حراري في الحالة الصلبة تم تصنيعه بشكل فردي، مما يضمن نتائج قابلة للتكرار. تتمثل العقبة الرئيسية أمام التطوير الحالي للترانزستورات الحرارية العملية في درجة حرارة التشغيل العالية لمادة التبديل، والتي تبلغ حوالي 300 درجة مئوية. "تشير نتائجنا إلى أن الترانزستورات الحرارية الكهروكيميائية في الحالة الصلبة لديها القدرة على أن تكون مماثلة للترانزستورات الحرارية الكهروكيميائية السائلة، دون أي قيود. تتمثل العقبة الرئيسية أمام تطوير الترانزستورات الحرارية العملية في المقاومة الكهربائية العالية لمادة التبديل، لذا فإن تقليل درجة حرارة تشغيلها سيكون محور أبحاثنا المستقبلية.
