Raffreddare con tubi di calore a base di grafene

I ricercatori della Chalmers University of Technology, Svezia, hanno scoperto che i tubi di calore a base di grafene possono aiutare a risolvere i problemi di raffreddamento dell'elettronica e dei sistemi di alimentazione utilizzati nell'avionica, nei data center e in altri dispositivi elettronici di potenza.

«I tubi di calore sono uno degli strumenti più efficienti per questo scopo, a causa della loro elevata efficienza e capacità unica di trasferire il calore su una grande distanza», afferma Johan Liu, (1) professore di produzione elettronica, presso il Dipartimento di Microtecnologia e Nanoscienza a Chalmers.

I risultati, che hanno coinvolto anche ricercatori in Cina e in Italia, sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Open Access Nano Select. (2)

Elettronica e data center devono essere raffreddati in modo efficiente per funzionare correttamente. I tubi di calore potenziati con grafene possono risolvere questi problemi. Attualmente, i tubi di calore sono generalmente realizzati in rame, alluminio o loro leghe. A causa della densità relativamente elevata e della capacità di trasmissione del calore limitata di questi materiali, i tubi di calore devono affrontare sfide impegnative nei futuri dispositivi di alimentazione e data center.

I grandi data center che forniscono, ad esempio, servizi bancari digitali e siti Web di streaming video, sono estremamente ad alta intensità energetica e incidono sull'ambiente con emissioni maggiori rispetto al settore dell'aviazione. Ridurre l'impronta climatica di questo settore è quindi fondamentale. Le scoperte dei ricercatori qui potrebbero dare un contributo significativo all'efficienza energetica a questi data center e anche in altre applicazioni.

Il tubo di calore potenziato con grafene mostra uno specifico coefficiente di trasferimento termico che è circa 3,5 volte migliore di quello del tubo di calore a base di rame. Le nuove scoperte aprono la strada all'uso di tubi di calore potenziati con grafene in applicazioni di raffreddamento leggere e di grande capacità, come richiesto in molte applicazioni come avionica, elettronica automobilistica, computer portatili, telefoni, data center e elettronica spaziale.

I tubi di calore potenziati in grafene sono realizzati con film assemblati in grafene ad alta conduttività termica assistiti da superfici interne migliorate in fibra di carbonio. I ricercatori hanno testato tubi di 6 mm di diametro esterno e 150 mm di lunghezza. Mostrano grandi vantaggi e potenzialità per il raffreddamento di una varietà di sistemi elettronici e di alimentazione, soprattutto dove sono richiesti peso ridotto e alta resistenza alla corrosione.

«La sezione del condensatore, la parte fredda del tubo di calore potenziato in grafene, può essere sostituita da un dissipatore di calore o da una ventola per rendere il raffreddamento ancora più efficiente se applicato in un caso reale», spiega la dottoressa Ya Liu, (3) PhD Student presso Electronics Materials e Systems Laboratory a Chalmers.

Il nuovo studio si basa su una collaborazione tra ricercatori della Chalmers University of Technology, Fudan University, Shanghai University, Cina, SHT Smart High-Tech AB, Svezia e Marche Polytechnic University, Italia.

Riferimenti:

(1) Johan Liu

(2) A lightweight and high thermal performance graphene heat pipe

(3) Ya Liu

Descrizione foto: I tubi di calore potenziati con grafene possono raffreddare in modo efficiente l'elettronica di potenza. - Credit: Ya Liu/Johan Liu/Chalmers University of Technology.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Cooling electronics efficiently with graphene-enhanced heat pipes