Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, hebben ontdekt dat op grafeen gebaseerde warmtepijpen kunnen helpen bij het oplossen van de problemen van koelelektronica en stroomsystemen die worden gebruikt in avionica, datacenters en andere vermogenselektronica.

"Hittepijpen zijn hiervoor een van de meest efficiënte instrumenten, vanwege hun hoge efficiëntie en unieke vermogen om warmte over een grote afstand over te dragen, " zegt Johan Liu, Hoogleraar Elektronicaproductie, bij de afdeling Microtechnologie en Nanowetenschappen in Chalmers.

De resultaten, waarbij ook onderzoekers in China en Italië betrokken waren, werden onlangs gepubliceerd in het open access tijdschrift Nano selecteren .

Elektronica en datacenters moeten efficiënt worden gekoeld om goed te kunnen werken. Met grafeen verbeterde heatpipes kunnen deze problemen oplossen. Momenteel, heatpipes zijn meestal gemaakt van koper, aluminium of hun legeringen. Vanwege de relatief hoge dichtheid en beperkte warmteoverdrachtscapaciteit van deze materialen, heatpipes worden geconfronteerd met grote uitdagingen in toekomstige stroomapparatuur en datacenters.

Grote datacenters die leveren, bijvoorbeeld, digitale bankdiensten en websites voor videostreaming, zijn extreem energie-intensief, en een milieuschuldige met een grotere uitstoot dan de luchtvaartindustrie. Het verkleinen van de klimaatvoetafdruk van deze industrie is daarom essentieel. De ontdekkingen van de onderzoekers hier kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan de energie-efficiëntie van deze datacenters, en ook in andere toepassingen.

De met grafeen versterkte warmtepijp vertoont een specifieke thermische overdrachtscoëfficiënt die ongeveer 3,5 keer beter is dan die van een op koper gebaseerde warmtepijp. De nieuwe bevindingen maken de weg vrij voor het gebruik van met grafeen verbeterde heatpipes in lichtgewicht koeltoepassingen met grote capaciteit, zoals vereist in veel toepassingen zoals luchtvaartelektronica, auto-elektronica, laptopcomputers, handsets, datacenters en ruimte-elektronica.

De met grafeen versterkte warmtepijpen zijn gemaakt van door grafeen geassembleerde films met een hoge thermische geleidbaarheid, ondersteund met koolstofvezel rieten verbeterde binnenoppervlakken. De onderzoekers testten buizen met een buitendiameter van 6 mm en een lengte van 150 mm. Ze tonen grote voordelen en potentieel voor het koelen van een verscheidenheid aan elektronica en voedingssystemen, vooral waar een laag gewicht en een hoge corrosieweerstand vereist zijn.

"Het condensorgedeelte, het koude deel van de met grafeen versterkte warmtepijp, kan worden vervangen door een koellichaam of een ventilator om de koeling nog efficiënter te maken wanneer deze in een echte behuizing wordt toegepast, " legt Ya Liu uit, doctoraat Student aan het Electronics Materials and Systems Laboratory van Chalmers.