Hãy hình dung những chiếc điện thoại không bao giờ nóng lên bất kể chạy bao nhiêu ứng dụng. Hãy hình dung một viễn cảnh tương lai nơi siêu máy tính tiêu thụ ít năng lượng hơn, xe điện sạc nhanh hơn, và các thiết bị điện tử, thiết bị y tế cấp cứu luôn mát mẻ với tuổi thọ kéo dài.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials, nhóm kỹ sư Đại học Virginia và cộng sự đã tiết lộ phương pháp hoàn toàn mới để truyền nhiệt nhanh chưa từng có. Bằng cách sử dụng loại tinh thể đặc biệt – boron nitride dạng lục giác (hBN), họ đã tìm ra cách truyền nhiệt giống như chùm sáng, vượt qua các trở ngại thường khiến thiết bị điện tử quá nhiệt.
Giáo sư Patrick Hopkins, chuyên ngành kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, cùng Giáo sư Whitney Stone tại Đại học Virginia (UVA) cho biết: “Chúng tôi đang thay đổi cách tiếp cận việc xử lý nhiệt. Thay vì để nhiệt từ từ tản ra, chúng tôi đang chủ động điều hướng nó.”
Vấn đề quá nhiệt và giải pháp mới
Mọi sản phẩm công nghệ hiện đại, từ điện thoại thông minh đến trung tâm dữ liệu, đều phải đối mặt chung một vấn đề nhiệt tích tụ. Các thiết bị sinh nhiệt khi hoạt động, và nếu không thể tản nhiệt đủ nhanh, chúng sẽ chậm lại, giảm hiệu suất hoặc thậm chí hỏng hóc. Hiện nay, các hệ thống làm mát phụ thuộc vào tản nhiệt kim loại, quạt và làm mát bằng chất lỏng, nhưng những phương pháp này lại chiếm diện tích và tiêu tốn thêm năng lượng.
Nghiên cứu mới này mang đến giải pháp thay thế đột phá. Thay vì dựa vào các dao động nhiệt chậm chạp gọi là phonon, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phonon-polariton hyperbol (HPhPs) – dạng sóng đặc biệt có thể truyền nhiệt với tốc độ phi thường.
Cơ chế hoạt động
Thông thường, nhiệt trong thiết bị điện tử lan tỏa như gợn sóng trên mặt hồ – phân tán ra xung quanh và mất dần năng lượng. Ngược lại, phương pháp mới biến nhiệt thành các sóng được định hướng chặt chẽ, di chuyển hiệu quả qua khoảng cách dài, giống như đoàn tàu cao tốc chạy trên đường ray.
Các nhà nghiên cứu đạt được điều này bằng cách làm nóng một miếng đệm vàng cực nhỏ đặt trên hBN. Thay vì nhiệt chỉ lan tỏa chậm chạp, nó kích thích những tính chất độc đáo của hBN – biến năng lượng thành sóng polariton* di chuyển nhanh – ngay lập tức truyền nhiệt qua và ra khỏi bề mặt tiếp xúc giữa vàng và hBN.
“Phương pháp này nhanh đến khó tin,” ông Will Hutchins, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại UVA, cho biết. Ông nói: “Chúng tôi nhìn thấy nhiệt di chuyển theo cách mà trước đây được cho là bất khả thi ở vật liệu rắn. Đây là một cách hoàn toàn mới để kiểm soát nhiệt độ ở mức độ phân tử (nano).”
Phát hiện này có thể cách mạng hóa hệ thống làm mát trong các thiết bị điện tử hiệu suất cao, mở đường cho những thiết bị chạy nhanh hơn, mạnh mẽ hơn mà không lo quá nhiệt.
Ý nghĩa cho tương lai
Dẫu quy trình còn mới, tác động vẫn có thể rất lớn:
Như Giáo sư Patrick Hopkins nhận định: “Phát hiện này có thể thay đổi cách chúng ta thiết kế mọi thứ từ bộ vi xử lý cho đến tàu vũ trụ.”
Kỷ nguyên của những thiết bị nóng, chậm và ngốn năng lượng có lẽ sắp kết thúc. Với bước đột phá mới này, tương lai công nghệ đã trở nên “mát mẻ” hơn rất nhiều.
Để xem các tin bài khác về “Thiết bị điện tử”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
