ابتكر باحثو ولاية بنسلفانيا مبردًا حراريًا يعمل على تحسين طاقة التبريد وكفاءته للإلكترونيات عالية الطاقة في المستقبل.
يستخدم الجهاز سبائك نصف Heusler وعملية تلدين فريدة لإنتاج كثافة طاقة تبريد أعلى وتنقل الناقل.
مبرد حراري ثوري للإلكترونيات من الجيل التالي
يستدعي تطوير الجيل التالي من الإلكترونيات، والمُعد لتضمين مكونات أصغر لكنها أكثر قوة، حلول تبريد مبتكرة.
المبرد الكهروحراري المصمم حديثًا، من بنات أفكار علماء ولاية بنسلفانيا، يعمل بشكل ملحوظ على تحسين طاقة التبريد والكفاءة مقارنة بالوحدات الكهروحرارية التجارية الحالية.
يعتقد الباحثون أن هذا التطور يمكن أن يكون مفيدًا في إدارة الحرارة في الإلكترونيات عالية الطاقة القادمة.
أعرب بيد بودل، أستاذ الأبحاث في قسم علوم وهندسة المواد في ولاية بنسلفانيا، عن تفاؤله بشأن التطبيقات المستقبلية للجهاز.
قال: “يمكن لموادنا الجديدة أن تزود الأجهزة الكهروحرارية بكثافة طاقة تبريد عالية جدًا، لقد تمكنا من إثبات أن هذا الجهاز الجديد لا يمكن أن يكون منافسًا فقط من حيث التدابير الاقتصادية التقنية، بل يتفوق على وحدات التبريد الحرارية الحالية الرائدة، سيستفيد الجيل الجديد من الإلكترونيات من هذا التطور “.
المبردات الكهروحرارية: الآلية والتحدي
تعمل المبردات الكهروحرارية عن طريق نقل الحرارة من أحد جوانب الجهاز إلى الجانب الآخر عند تطبيق الكهرباء.
ينتج عن هذه العملية وحدة ذات جوانب باردة وساخنة بشكل واضح، من خلال وضع الجانب البارد على المكونات الإلكترونية المولدة للحرارة مثل ثنائيات الليزر أو المعالجات الدقيقة، يمكن ضخ الحرارة الزائدة بعيدًا، والتحكم بشكل فعال في درجة الحرارة، مع استمرار نمو هذه المكونات بقوة، ستحتاج المبردات الكهروحرارية أيضًا إلى طرد المزيد من الحرارة.
أظهر الجهاز الحراري المطوّر حديثًا زيادة بنسبة 210٪ في كثافة طاقة التبريد مقارنةً بالجهاز التجاري الرائد ، المصنوع من البزموت تيلورايد، بالإضافة إلى ذلك ، يحتمل أن يحافظ على معامل أداء مشابه (COP) ، نسبة التبريد المفيد إلى الطاقة المطلوبة ، كما ورد في مجلة Nature Communications .
معالجة تحديات التبريد الحراري
سلط شاشانك بريا ، نائب الرئيس للأبحاث في جامعة مينيسوتا والمؤلف المشارك للورقة، الضوء على قدرات الجهاز الجديد.
وقال: “هذا يحل اثنين من التحديات الثلاثة الكبيرة في صنع أجهزة التبريد الكهروحرارية، أولاً، يمكن أن يوفر كثافة طاقة تبريد عالية مع COP مرتفع، هذا يعني أن كمية صغيرة من الكهرباء يمكن أن تضخ الكثير من الحرارة.
ثانيًا، بالنسبة إلى الليزر عالي الطاقة أو التطبيقات التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الحرارة الموضعية ليتم إزالتها من منطقة صغيرة، يمكن أن يوفر هذا الحل الأمثل “.
مادة مبتكرة نصف Heusler في الجهاز الجديد
صُنع هذا الجهاز الجديد من مركب من سبائك نصف هيوسلر، وهي فئة من المواد ذات الخصائص المميزة الواعدة لتطبيقات الطاقة مثل الأجهزة الكهروحرارية. توفر هذه المواد قوة كبيرة واستقرارًا حراريًا وكفاءة.
استخدم الباحثون عملية تلدين خاصة – تتلاعب بكيفية تسخين المواد وتبريدها – وتمكينها من تغيير وتنظيم البنية المجهرية للمادة لإزالة العيوب. لم يتم استخدام هذه الطريقة سابقًا لتصنيع مواد كهروحرارية نصف Heusler.
