Ingenjörer har utvecklat en teknik för att kyla hotspots inom högpresterande elektronik med samma fysiska fenomen som rengör vingarna på cikader.

När vattendroppar smälter samman, minskningen av ytan orsakar utsläpp av en liten mängd energi. Så länge ytan under är hydrofobisk nog för att stöta bort vatten, denna energi är tillräcklig för att få den sammanslagna droppen att hoppa iväg.

På cikadernas vingar, detta fenomen driver droppar att fånga upp och ta bort partiklar av smuts och skräp. I den nya kyltekniken som skapats av ingenjörer vid Duke University och Intel Corporation, droppar hoppar mot hotspots för att ge kyla dit elektroniken behöver det som mest.

Resultaten visas online den 3 april, 2017, i tidningen Tillämpad fysikbokstäver .

"Hotspot-kylning är mycket viktig för högpresterande teknik, "sa Chuan-Hua Chen, docent i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke. "Datorprocessorer och kraftelektronik fungerar inte lika bra om spillvärme inte kan tas bort. Ett bättre kylsystem möjliggör snabbare datorer, längre elektronik och kraftfullare elfordon. "

Den nya tekniken bygger på en ångkammare gjord av ett superhydrofobt golv med ett svampliknande tak. När den placeras under driftelektronik, fukt som fångas i taket förångas under nya hotspots. Ångan flyter mot golvet, tar värme ifrån elektroniken tillsammans med den.

Passiva kylstrukturer integrerade i enhetens golv bär sedan bort värmen, orsakar att vattenånga kondenseras till droppar. När de växande dropparna smälter samman, de hoppar naturligtvis av det hydrofoba golvet och backar upp i taket under hotspot, och processen upprepar sig. Detta sker oberoende av tyngdkraften och oavsett orientering, även om enheten är upp och ner.

Tekniken har många fördelar jämfört med befintliga kyltekniker. Termoelektriska kylare som fungerar som små kylskåp kan inte rikta sig till slumpmässiga hotspot -platser, vilket gör dem ineffektiva för användning över stora områden. Andra tillvägagångssätt kan rikta in sig på rörliga hotspots, men kräver ytterligare effektingångar, vilket också leder till ineffektivitet.

Den hoppande droppkylningstekniken har också en inbyggd mekanism för vertikal värmeväxling, vilket är en stor fördel jämfört med dagens värmespridare som mestadels sprider värme i ett enda plan.

"Som en analogi, för att undvika översvämningar, det är användbart att sprida regnet över ett stort område. Men om marken är blöt, vattnet har ingen vertikal väg att fly, och översvämningar är oundvikliga, "sa Chen." Värmeledningar med platt platta är anmärkningsvärda i sin horisontella spridning, men saknar en vertikal mekanism för att avleda värme. Vår hoppande droppteknik adresserar detta tekniska tomrum med en vertikal värmespridningsmekanism, öppna en väg för att slå de bästa befintliga värmespridarna i alla riktningar. "

Det återstår mycket arbete innan Chens hoppdroppar kan konkurrera med dagens kylteknik. Huvudutmaningen är att hitta lämpliga material som fungerar med hög värmeånga på lång sikt. Men Chen är fortfarande optimistisk.

"Det har tagit oss några år att arbeta systemet till en punkt där det åtminstone är jämförbart med en kopparvärmespridare, den mest populära kyllösningen, "sa Chen." Men nu, för första gången, Jag ser en väg till att slå branschstandarderna. "