Olmosga{0}}asoslangan heterointerfeyslar uchun issiqlik boshqaruvi tadqiqotida yangi yutuqlarga erishildi

 

Elektr transport vositalari, ma'lumotlar markazlari va yangi energiya tizimlarining jadal rivojlanishi bilan yuqori{0}}quvvatli elektron qurilmalar doimiy ravishda -yuqori quvvat zichligi tomon rivojlanmoqda. Shu bilan birga, ushbu qurilmalar ichidagi issiqlik oqimining ichki zichligi -ba'zan 1200–4500 Vt/sm²-gacha bo'lgan intensivlikka yetib boruvchi mahalliy faol nuqtalar bilan ko'tarilishda davom etadi, bu esa "issiqlik tarqalish qobiliyati"ning asta-sekin oddiy yordamchi qurilmadan ishlash va qayta ishlash ko'rsatkichlarini belgilovchi omilga o'tishiga olib keladi. Bunday sharoitda, an'anaviy kremniyga asoslangan materiallar-o'ziga xos issiqlik o'tkazuvchanligi va yuqori{10}}haroratga chidamlilik cheklovlari-bilan cheklangan-barcha yuqori quvvatli qurilmalarning yangi avlodi talablarini qondira olmayapti, bu esa sanoatni o'z xususiyatlarini o'ta yuqori tezlikda o'zgartirishga majbur qilmayapti. o'tkazuvchanlik.

 

Ko'p sonli nomzod materiallar orasida olmos va uglerod nanotubalari (CNTs) juda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli katta e'tiborni tortdi. Olmosning issiqlik o'tkazuvchanligi 2000 Vt/m·K dan oshadi, uglerod nanonaychalari esa bu ko'rsatkichdan ham oshib, 3000 Vt/m·K dan oshadi; Bundan tashqari, ushbu ikki materialning tarkibiy va kimyoviy muvofiqligi ularga yuqori samarali termal interfeyslarni yaratish uchun ulkan salohiyatni beradi.

Biroq, amaliy qo'llanmalarda{0}}tuzuvchi materiallarning o'zi mukammal ichki issiqlik xususiyatlariga ega bo'lsa ham-bir-biriga o'xshamaydigan materiallar o'rtasida joylashgan interfeys har doim sezilarli issiqlik qarshiligini keltirib chiqaradi va shu bilan umumiy issiqlik tarqalishi samaradorligini cheklovchi muhim to'siq bo'lib chiqadi. Shunday qilib, termal transport xususiyatlarini, ayniqsa, interfeyslar darajasida qanday optimallashtirish masalasi issiqlik boshqaruvining zamonaviy sohasida asosiy tadqiqot chegarasi sifatida paydo bo'ldi.

Yaqinda Pekin Fan va Texnologiya Universitetining Li Chengming boshchiligidagi tadqiqot guruhi *Xalqaro issiqlik va massa uzatish jurnalida* "Muvozanatsiz molekulyar dinamika orqali olmos/CNT heterostrukturalarida fazalararo issiqlik qarshiligini tekshirish" nomli tadqiqot maqolasini chop etdi. Ushbu tadqiqot{2}}atom miqyosidagi-fazalararo termal qarshilikka ta'sir qiluvchi turli omillarni, shuningdek, olmos/CNT heterostrukturalarida uning modulyatsiyasining asosiy mexanizmlarini tizimli ravishda tahlil qildi.

 

Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, interfaziya strukturasi termal qarshilikka chuqur ta'sir qiladi. Xususan, titan (Ti) qoplama qatlamining kiritilishi fazalararo termal qarshilikning keskin kamayishiga olib keldi va uni taxminan 41,6 m²·K/GVt dan atigi 7,89 m²·K/GVt ga tushirdi. Ushbu kuzatilgan siljish shuni ko'rsatadiki, CNT va olmos substrat o'rtasida o'tish qatlamini joylashtirish interfaal aloqani samarali ravishda kuchaytirishi va fonon ulanishi uchun mavjud bo'lgan kanallarni ko'paytirishi va shu bilan issiqlik o'tkazuvchanligi samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Keyingi tahlil shuni ko'rsatadiki, turli xil kristall tekislik yo'nalishlari orasida (100) tekislik doimiy ravishda eng past interfasial termal qarshilikni namoyon qiladi, bu kristall orientatsiyaning fazalararo atom tuzilishi va o'zaro ta'siriga sezilarli ta'sir ko'rsatishini ko'rsatadi.

 

Sirt modulyatsiyasiga kelsak, tadqiqot shuni ko'rsatadiki, ko'pgina sirt modifikatsiyalari fazalararo termal transport xususiyatlarini oshirishga qodir, ftor (F) modifikatsiyasi eng aniq ta'sirlarni beradi. Optimal sharoitlarda, interfaal termal qarshilik taxminan 4,45 m²·K/GW-gacha kamayishi mumkin, bu o'zgartirilmagan interfeysga nisbatan sezilarli darajada kamayadi. Shu bilan birga, sirt qoplamasining issiqlik qarshiligiga ta'siri chiziqli bo'lmagan xarakteristikani ko'rsatadi: qoplama ortib borishi bilan, interfaal termal qarshilik odatda kamayadi, taxminan 75% qoplamada minimal qiymatga etadi; ammo, bu nuqtadan tashqari qamrovni yanada oshirish, aslida optimallashtirish effektini kamaytirishi mumkin. Bu natija shuni ko'rsatadiki, amaliy ishlab chiqarish jarayonlarida sirtni to'liq qoplashni ta'minlash kerak emas; balki optimal tuzilmaviy rejim mavjud.

 

Umuman olganda, ushbu tadqiqot olmos / CNT tizimlarida interfaal issiqlik qarshiligini modulyatsiya qilishning boshqaruv tamoyillarini muntazam ravishda yoritib beradi. U "kristal tekislik orientatsiyasi-sirtini oʻzgartirish-qoplash" triadasining fazalararo termal transportga sinergik taʼsirini aniqlab beradi va fonon-darajasi fizikasiga asoslangan yagona tushuntirishni beradi. Topilmalar shuni ko'rsatadiki, (100) kristalli tekislikni tanlash, F modifikatsiyasini joriy etish va qoplamani optimallashtirish orqali interfaal termal qarshilik samarali tarzda kamaytirilishi va shu bilan yuqori{6}}quvvatli elektron qurilmalarning issiqlik boshqaruvi dizayni uchun aniq yo'l taklif qilinishi mumkin.

 

Ilova darajasida bu ish olmos/CNT kompozit termal boshqaruv materiallarini loyihalash uchun muhim nazariy asos bo‘lib xizmat qiladi va CNTFET va GaN-olmos konstruksiyalari kabi yangi qurilmalarni termal optimallashtirish bo‘yicha qimmatli tushunchalarni taqdim etadi. Bundan tashqari, molekulyar dinamika simulyatsiyalariga asoslangan tizimli tahlil eksperimental protseduralar-va-xatolarni minimallashtirishga yordam beradi va interfaol muhandislik dizayni samaradorligini oshiradi.

 

Oldinga nazar tashlaydigan bo'lsak, qog'oz taklif qilingan interfasial modulyatsiya strategiyalarini keyingi eksperimental tekshirish zarur bo'lib qolayotganini ta'kidlaydi. Bundan tashqari, sa'y-harakatlarni katta maydondagi olmos materiallarini ishlab chiqarish texnikasini-takomillashtirish va kristall yo'nalishini boshqarish texnologiyalarini takomillashtirishga yo'naltirish kerak. Bundan tashqari, interfeyslarni oʻzgartirish- uchun boshqariladigan va barqaror jarayonlarni ishlab chiqish, shuningdek, ushbu strukturaviy dizaynlarni haqiqiy elektron qurilmalarga muvaffaqiyatli integratsiya qilish-kelajakdagi tadqiqotlar uchun muhim yoʻnalish boʻlib qolmoqda.