Däggdjur svettas för att reglera kroppstemperaturen, och forskare från Shanghai Jiao Tong University i Kina undersöker om våra telefoner skulle kunna göra detsamma. I en studie publicerad 22 januari i tidskriften Joule , författarna presenterar en beläggning för elektronik som släpper ut vattenånga för att avleda värme från enheter som körs - en ny metod för termisk hantering som kan förhindra att elektronik överhettas och hålla dem svalare jämfört med befintliga strategier.

"Utvecklingen av mikroelektronik ställer stora krav på effektiva termiska hanteringstekniker, eftersom alla komponenter är tätt packade och chips kan bli riktigt varma, " säger seniorförfattaren Ruzhu Wang, som studerar kylteknik vid Shanghai Jiao Tong University. "Till exempel, utan ett effektivt kylsystem, våra telefoner kan ha ett systemhaveri och bränna våra händer om vi kör dem under en lång tid eller laddar en stor applikation."

Större enheter som datorer använder fläktar för att reglera temperaturen. Dock, fansen är skrymmande, högljudd, och energikrävande och därmed olämpliga för mindre enheter som mobiltelefoner. Tillverkare har använt fasförändringsmaterial (PCM), såsom vaxer och fettsyror, för kylning i telefoner. Dessa material kan absorbera värme som produceras av enheter när de smälter. Dock, den totala mängden energi som utbyts under övergången mellan fast och vätska är relativt låg.

I kontrast, vätske-ånga-övergången för vatten kan byta ut 10 gånger energin jämfört med den för PCM fast-vätska-övergång. Inspirerad av däggdjurs svettmekanism, Wang och hans team studerade en grupp porösa material som kunde absorbera fukt från luften och släppa ut vattenånga när de värms upp. Bland dem, metallorganiska ramverk (MOF) var de mest lovande eftersom de kunde lagra en stor mängd vatten och därmed ta bort mer värme vid uppvärmning.

"Tidigare, forskare har försökt använda MOF för att extrahera vatten från ökenluften, "Säger Wang." Men MOF är fortfarande riktigt dyra, så storskalig tillämpning är inte riktigt praktisk. Vår studie visar att elektronikkylning är en bra tillämpning av MOFs i verkligheten. Vi använde mindre än 0,3 gram material i vårt experiment, och den kylande effekten den gav var betydande."

Teamet valde en typ av MOF som heter MIL-101 (Cr) för experimentet på grund av dess goda vattenabsorberande kapacitet och höga känslighet för temperaturförändringar. De belade tre 16 kvadratcentimeter aluminiumskivor med MIL-101(Cr) av olika tjocklekar—198, 313, och 516 mikrometer, respektive - och värmde dem på en kokplatta.

Teamet fann att MIL-101Cr-beläggning kunde fördröja temperaturökningen på arken, och effekten ökade med beläggningens tjocklek. Medan ett obestruket ark nådde 60°C efter 5,2 minuter, den tunnaste beläggningen fördubblade tiden och nådde inte samma temperatur förrän 11,7 minuter. Arket med den tjockaste beläggningen nådde 60°C efter 19,35 minuters uppvärmning.

"Förutom effektiv kylning, MIL-101 (Cr) kan snabbt återhämta sig genom att absorbera fukt igen när värmekällan har tagits bort, precis som hur däggdjur rehydrerar och är redo att svettas igen, " säger Wang. "Så, denna metod är verkligen lämplig för enheter som inte är igång hela tiden, som telefoner, laddning av batterier och telekommunikationsbasstationer, som ibland kan bli överbelastad."

För att undersöka kyleffekten av MIL-101 (Cr) på faktiska enheter, Wang och hans team testade en belagd kylfläns på en mikrodator. Jämfört med en obelagd kylfläns, den belagda sänkte spånets temperatur med upp till 7°C när enheten kördes med tunga arbetsbelastningar i 15 minuter.

Ser fram emot, teamet planerar att förbättra materialets värmeledningsförmåga. "När allt vatten är borta, den torkade beläggningen blir ett motstånd som påverkar enheternas värmeavledning "säger författaren Chenxi Wang. Att införliva värmeledande tillsatser som grafen i materialet kan hjälpa till att lösa problemet, han säger.

Innan tillverkare kan installera detta kylsystem på våra telefoner, kostnad är en stor fråga, säger Ruzhu Wang. "Genom att hitta MOFs en praktisk tillämpning, vi hoppas kunna öka marknadens efterfrågan på dem och uppmuntra mer forskning om MOF för att få ner kostnaderna."