電子元件體積減小以及功率不斷增大導致的過(guò)熱問(wèn)題增加了對芯片冷卻解決方案的需求。近日，美國羅格斯大學(xué)（Rutgers）的研究人員使用與氮化硼晶體基板結合的石墨烯，揭示了一種更加強大且有效的冷卻機理，發(fā)現了一種利用石墨烯對微型芯片進(jìn)行有效降溫的新方法。
在經(jīng)歷過(guò)各種手機的“發(fā)熱門(mén)”之后，這一技術(shù)的重要性不言而喻-微型芯片由數十億個(gè)晶體管組成，是電子設備的關(guān)鍵組件，而過(guò)高的溫度對其性能有重大影響。
石墨烯材料
在芯片上配置二維超薄的石墨烯材料，其可以冷卻芯片上產(chǎn)生熱量問(wèn)題的熱點(diǎn)，該解決方案無(wú)需任何零件，并且效果良好。
該方案的功率因數比以往的熱電冷卻器高出了約兩倍。功率因數代表了主動(dòng)冷卻的有效性。主動(dòng)冷卻是指通過(guò)電流帶走熱量的冷卻方式，而被動(dòng)冷卻則是通過(guò)熱量自然擴散實(shí)現冷卻。
石墨烯是由一系列按蜂窩狀晶格排列的碳原子組成，這種特殊的結構使得其具有比銅更優(yōu)良的導電性，超過(guò)鋼100倍的強度，并且能夠快速擴散熱量。
傳統芯片以二氧化硅作為基體，阻礙了晶體管性能的提高，因為它會(huì )散射出攜帶熱量的電子。在小巧的電腦或智能手機芯片中，數十億個(gè)晶體管會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，這是一個(gè)嚴重的問(wèn)題。高溫降低了晶體管的性能其控制著(zhù)電源并負責放大信號，因此需要冷卻。
熱電冷卻可以用浴缸里的水來(lái)解釋。如果浴缸中有熱水，現在打開(kāi)冷水則需要很長(cháng)時(shí)間才能將冷水擴散到整個(gè)浴缸中，這就是被動(dòng)冷卻，通過(guò)分子在浴缸中緩慢擴散而稀釋。但如果用手將冷水從冷的一側推向熱水中，則冷卻過(guò)程就會(huì )快很多，這稱(chēng)為對流或主動(dòng)冷卻。電腦和智能手機的芯片冷卻也是同樣的道理。如果將一根導線(xiàn)（例如銅線(xiàn)）連接到發(fā)熱的芯片上，熱量就會(huì )被帶走，就像浴缸中熱水向冷水擴散冷卻一樣。
現在想象一塊金屬有冷熱兩端，金屬的原子和電子在熱端快速運動(dòng)而在冷端緩慢運動(dòng)。如果通過(guò)向金屬施加電壓，將電流從熱端發(fā)送到冷端，類(lèi)似浴缸例子中的主動(dòng)冷卻，這樣通過(guò)電流推動(dòng)電子帶走熱量就實(shí)現了更加高效的散熱。石墨烯在被動(dòng)冷卻和主動(dòng)冷卻兩方面的性能都十分出色，二者的結合使得石墨烯成為優(yōu)秀的冷卻器。
電子行業(yè)正在朝這種冷卻方式發(fā)展，而這項研究推動(dòng)了不同類(lèi)型冷卻器的結合，未來(lái)石墨烯冷卻器將有廣闊的市場(chǎng)前景。
資料來(lái)源：江蘇納米創(chuàng )新中心
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