في العقد الماضي، تصدرت حرائق الأجهزة الإلكترونية والبطاريات، من الهواتف الذكية الصغيرة إلى المركبات الكهربائية والطائرات، عناوين الأخبار بشكل متكرر. أدت القوة الحسابية المعززة إلى توليد كمية كبيرة من الحرارة المهدرة وارتفاع غير مرغوب فيه في درجة حرارة الإلكترونيات.
يعد سوء إدارة الحرارة هو السبب وراء أكثر من نصف حالات فشل الأجهزة الإلكترونية. ولمعالجة هذه المشكلة، من الضروري تطوير تقنيات تبريد متقدمة لإدارة الحرارة بشكل فعال والحفاظ على درجات الحرارة في ظروف العمل.
من بين تقنيات التبريد المختلفة، يحظى التبريد بتغير الطور بالبخار السائل، والذي يستخدم غليان السوائل أو تبخرها، بالاهتمام نظرًا لقدرته الفائقة على تبديد الحرارة. على سبيل المثال، طريقة التبريد بالغمر، المشابهة للماء المغلي، تغمر المكونات الإلكترونية عالية الطاقة في حوض سائل للتبريد.
ومع ذلك، فقد وجد الباحثون أن الاعتماد فقط على فقاعات الغليان أو التبخر لم يعد يلبي احتياجات تبديد الحرارة للأجهزة الإلكترونية. قبل بضع سنوات، اقترح فريق البروفيسور رونغوي يانغ استراتيجية جديدة تستخدم كلاً من التبخر وغليان النواة وأطلق عليها اسم غليان الغشاء السائل الذي تحركه الشعيرات الدموية.
هذا التبريد التكنلوجيا يولد فقاعات غليان في طبقة سائلة رقيقة متبخرة من خلال تصميم دقيق للسطح الهيكلي الممتص. غالبًا ما يتم التحكم في هذا النوع من سطح الفتل بسمك أقل من 1 ملم. من خلال الاستفادة من فوائد كل من الغليان والتبخر التي تمت دراستها جيدًا على مدار قرن من الزمان، تحقق الإستراتيجية الجديدة لغليان الغشاء السائل أداءً عاليًا في تبديد الحرارة، متجاوزة حد تبديد الحرارة لنقل الحرارة التقليدي عبر تغير الطور.
يعتمد الأداء العالي لنقل الحرارة على تصميم السطح الدقيق. مع التطور الأخير لتقنيات النانو الدقيقة، يقوم الباحثون بإجراء الدراسات على العديد من أسطح الهياكل الدقيقة/ النانوية لتعزيز نقل الحرارة.
ومع ذلك، فإن التصميمات السطحية الحالية لغليان الأغشية السائلة تعتمد عادةً على الخبرة وتفتقر إلى التوجيه النظري. ويرجع ذلك إلى عملية تغيير طور البخار السائل المعقدة، والتي تتضمن ديناميكيات معقدة للفقاعات والأغشية السائلة، وانتقال الحرارة الناتج. تزيد الهياكل المنسوجة للأسطح المختلفة من التعقيد، مما يجعل التنبؤ بقدرة تبديد الحرارة تحديًا طويل المدى، وبالتالي يعيق تطوير الأسطح المثالية.
واستجابة لهذا التحدي، قام فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور يانغ في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا في ووهان، الصين، بتطوير نموذج عالي الدقة للتنبؤ بانتقال حرارة غليان الفيلم السائل على الأسطح المختلفة. يتم نشر النتائج في المجلة استعراض العلوم الوطنية.
كونه قادرًا على التنبؤ ليس فقط بتبديد الحرارة ولكن أيضًا بدرجة حرارة السطح، يمكن للنموذج التنبؤ بالحرارة المتبددة من خلال أوضاع تغيير الطور المختلفة (التبخر أو الغليان). تتوافق تنبؤات النماذج لمختلف الأسطح المزخرفة جيدًا مع البيانات التجريبية.
ومن المتوقع أن يوجه النموذج الجديد تصميم أسطح إدارة الحرارة الجديدة. وهذا له أهمية كبيرة في وضع استراتيجيات تبريد عالية الأداء للجيل القادم من الإلكترونيات.