電子元件體積減小以及功率不斷增大導致的過熱問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（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，發現了一種利用石墨烯對微型芯片進行有效降溫的新方法。
在經歷過各種手機的“發熱門”之后，這一技術的重要性不言而喻-微型芯片由數十億個晶體管組成，是電子設備的關鍵組件，而過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生熱量問題的熱點，該解決方案無需任何零件，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冷卻的有效性。主動冷卻是指通過電流帶走熱量的冷卻方式，而被動冷卻則是通過熱量自然擴散實現冷卻。
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良的導電性，超過鋼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，數十億個晶體管會產生大量的熱量，這是一個嚴重的問題。高溫降低了晶體管的性能其控制著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解釋。如果浴缸中有熱水，現在打開冷水則需要很長時間才能將冷水擴散到整個浴缸中，這就是被動冷卻，通過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，則冷卻過程就會快很多，這稱為對流或主動冷卻。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（例如銅線）連接到發熱的芯片上，熱量就會被帶走，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而在冷端緩慢運動。如果通過向金屬施加電壓，將電流從熱端發送到冷端，類似浴缸例子中的主動冷卻，這樣通過電流推動電子帶走熱量就實現了更加高效的散熱。石墨烯在被動冷卻和主動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秀的冷卻器。
電子行業正在朝這種冷卻方式發展，而這項研究推動了不同類型冷卻器的結合，未來石墨烯冷卻器將有廣闊的市場前景。
資料來源：江蘇納米創新中心
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