Поделиться
В России нашли способ устранить проблему перегрева, одно из главных препятствий в развитии электроники
Российские физики нашли способ повысить эффективность охлаждения материалов, используемых в современной электронике до 20 раз. Ученые смогли модифицировать теплопередающие поверхности так, чтобы можно было точно направлять капли охлаждающей жидкости и удерживать их там, где нужно.
Новый подход для систем охлаждения электроники
Российские физики разработали метод лазерной обработки поверхностей материалов, который позволит значительно повысить эффективность систем охлаждения для решения проблемы перегрева в современной электронике.
Решение может стать основой для создания высокоэффективных адаптивных систем охлаждения для силовой электроники, высокопроизводительных процессоров, сообщили CNews представители Томского политехнического университета (ТПУ). По словам руководитель проекта, доцента Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Дмитрия Феоктистова, эффективность охлаждения при умеренных температурах можно повысить до 20 раз.
Новый подход «основан на сочетании лазерного текстурирования, лазерной химической модификации и термолиза (термического разложения веществ – ред.) многокомпонентных углеводородсодержащих жидкостей», пояснил Феоктистов.
Исследование сотрудники ТПУ проводили вместе с коллегами из Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Инженерной школы энергетики ТПУ и Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН,
Лазерная модификация материалов
Характеристики теплопереноса материала сильно зависят от его текстуры, шероховатости, гидрофильности и гидрофобности. Ученые создали теплопередающие поверхности с контролируемой смачиваемостью, чтобы точно направлять и удерживать капли охлаждающей жидкости в тех областях чипа, которые испытывают наибольшие тепловые нагрузки.
Российские исследователи использовали образцы из широко применяемого алюминиево-магниевого сплава. В приповерхностном слое с помощью лазерного излучения создавали заданные текстуры, а затем определенным участкам придавали супергидрофобные и супергидрофильные свойства, комбинируя несколько методик. Полученные образцы нагревали при температуре от 20 до 300 °C в экспериментальной установке для изучения испарения капель.
«Бифильные поверхности с долей супергидрофобной области 30–45% обеспечивают снижение температуры в приповерхностном слое образца в 6 раз больше, чем на контрольных образцах с полированной поверхностью, несмотря на сниженную скорость испарения на 29–74%. Кроме того, оптимальный контраст смачивания сдвигает максимальную эффективность охлаждения в сторону более высоких температур (160 °C против 140 °C для полированной поверхности). Также установлено, что для поверхностей, сочетающих высокую шероховатость с гидрофильными/супергидрофильными областями, эффективность охлаждения при умеренных температурах возрастает до 20 раз», – рассказал Феоктистов.
Ученые выяснили, что лазерная модификация металлических поверхностей при создании нужных свойств обладает значительными преимуществами по сравнению с другими методами, в том числе с используемым в большинстве существующих исследований контрастным текстурированием.
Проблема перегрева
Распылительное охлаждение перегревающихся поверхностей в электронике на сегодняшний день является самым перспективным технологическим решением. В октябре 2025 г. представители Томского политеха сообщили об исследовании, в котором доказали, что системы капельного охлаждения снижают температуру поверхности интенсивно нагреваемых элементов не более чем на 1-2°С, то есть использование одного только капельного охлаждения для серверов и дата-центров, например, является неэффективным.
Современные полупроводники имеют очень большую плотность транзисторов, из-за чего сильно греются. Теплоотвод играет ключевую роль в почти во всех устройствах. Поэтому без создания новых высокоэффективных решений для охлаждения микрочипов невозможно развитие суперкомпьютеров, беспилотных автомобилей, робототехнических систем и других инновационных технологий. По мере того, как чипы становятся все более компактными и производительными, управление тепловой нагрузкой становится критической проблемой для полупроводниковой промышленности.
В центрах обработки данных традиционное воздушное охлаждение все чаще работает в паре с жидкостными системами отвода. Однако даже эти передовые методы могут быть недостаточными для управления теплом, выделяемым следующим поколением чипов.
Стойки с ИИ-серверами значительно плотнее и тяжелее, ИИ-оборудование, включающее множество графических процессоров, интеллектуальные сетевые карты и системы охлаждения, может превышать 1,8 тонн. Такой многотонный вес усложняет проектирование и строительство зданий для ЦОДов и требуется проводить более тщательный анализ, чтобы убедиться, что полы способны выдержать возросшую нагрузку.
Короткая ссылка
