محققان دانشگاه صنعتی قوچان و دانشگاه فردوسی مشهد، با توسعه‌ی یک نانوسیال تغییر فازدهنده، موفق به بهبود عملکرد خنک‌سازی ریزتراشه‌های الکترونیکی شدند. این نانوسیال را می‌توان جهت کاهش دما و افزایش کارایی ابررایانه‌ها، ریزپردازنده‌ها، باتری‌ها و ترانزیستورها مورد استفاده قرار داد.
خنک‌کاری تراشه‌های الکترونیکی به کمک نانولوله‌های کربنی
با پیشرفت روزافزون فناوری، سامانه‌ها و قطعات الکترونیکی همواره کوچک و کوچک‌تر و قدرتمند و قدرتمندتر می‌شوند. افزایش کارایی آن‌ها با افزایش توان مصرفی و در نتیجه افزایش تولید گرما در این قطعات همراه است. ازاین‌رو مسائل مربوط به خنک کردن و مدیریت گرما در تراشه‌های الکترونیکی از اهمیت بالایی برخوردار است. محققان دانشگاه صنعتی قوچان و فردوسی مشهد نانوسیالی حاوی نانولوله‌های کربنی سنتز کرده‌اند که قابلیت بالایی در خنک‌کنندگی ریزتراشه‌های الکترونیکی از خود بروز می‌دهد.
دکتر محمد سردارآبادی- استادیار گروه مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی قوچان- ضمن اشاره به روش‌های مختلف خنک‌کاری تراشه‌های الکترونیکی، در خصوص اهداف دنبال شده در این طرح گفت: « تاکنون روش‌های مختلفی نظیر خنک‌کاری با تهویه‌ی هوا توسط فن، استفاده از هیت سینک و استفاده از سامانه‌های ترکیبی حاوی سیال به‌منظور خنک‌کاری تراشه‌های الکترونیکی استفاده شده‌است. نانوسیالات، نسل جدیدی از مواد خنک کننده هستند که گروه‌های مختلفی در سرتاسر جهان بر روی توسعه‌ی آن‌ها متمرکز شده‌اند. در طرح حاضر یک نانوسیال متشکل از نانولوله‌های کربنی و ماده با قابلیت تغییر فاز در دمای مناسب، جهت خنک‌سازی تراشه‌های الکترونیکی سنتز و معرفی شده‌است.»
وی تصریح کرد: « استفاده از این نانوسیال ضمن خنک‌کنندگی مؤثرتر تراشه الکترونیکی، موجب کاهش مصرف انرژی مورد نیاز برای خنک‌سازی و جلوگیری از نوسانات دمایی سیستم و در نهایت موجب افزایش عمر مفید سیستم نیز می‌گردد.»
پارافین به‌عنوان یک ماده‌ی تغییر فازدهنده شناخته می‌شود. این ماده با تغییر فاز از جامد به مایع می‌تواند حرارت ایجادشده در تجهیزات و تراشه‌های الکترونیکی را جذب کرده و دمای تراشه را کاهش دهد. یکی از معایب اصلی پارافین کم بودن ضریب هدایت حرارتی آن است. در طرح حاضر تلاش شده با افزودن نانولوله‌های کربنی به پارافین، کارایی این ماده بهینه شود.
تجهیزات تست مورد استفاده در تحقیق
به گفته‌ی دکتر سردارآبادی، در این طرح از سه روش خنک‌کاری شامل استفاده از فن، استفاده از هیت سینک و استفاده از نانوسیال به‌صورت هم‌زمان جهت کاهش دمای تراشه‌های الکترونیکی استفاده شده‌است. به‌منظور بررسی تأثیر حضور نانولوله‌های کربنی، درصدهای مختلف نانولوله کربنی به پارافین اضافه شده و کارایی آن‌ها مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است. به‌منظور تحلیل فرایند ذوب و انجماد نانوسیال، از روش پردازش تصویر استفاده شده‌است.
مقایسه‌ی عملکرد نانوسیالات حاوی درصدهای مختلف نانولوله کربنی در شرایط جابجایی آزاد، بیانگر افزایش کارایی ۶۰درصدی نانوسیال حاوی نانولوله کربنی با ۲درصد وزنی، در مقایسه با سیال فاقد نانولوله کربنی، در شارهای حرارتی پایین است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر محمد سردارآبادی- عضو هیأت علمی گروه مهندسی انرژی دانشگاه صنعتی قوچان- دکتر محمد پسندیده‌فرد- عضو هیأت علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد- و امین فرزانه‌نیا و میثم خطیبی- دانش‌آموختگان مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد- است. نتایج این کار در مجله‌ی Energy Conversion and Management با ضریب تأثیر ۶٫۳۷۷ (جلد ۱۷۹، سال ۲۰۱۹، صفحات ۳۱۴ تا ۳۲۵) منتشر شده‌است.
