NHẬT BẢN – Khi ngày càng có nhiều linh kiện được thêm vào chip máy tính để tăng cường khả năng xử lý, lượng nhiệt sinh ra cũng ngày càng trở nên tập trung hơn. Lượng nhiệt này cần được loại bỏ để duy trì hiệu suất của chip. Hiện nay, việc làm mát được thực hiện bằng cách cho nước lưu thông qua các kênh dẫn có kích thước cỡ milimet để làm mát các điểm nóng có kích thước nanomet. Sự chênh lệch về quy mô này làm giảm hiệu suất làm mát do tiêu thụ nước nhiều hơn mức cần thiết, từ đó làm gia tăng mối lo ngại về môi trường.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại đại học Osaka (University of Osaka) đã phát triển một chiến lược tăng cường khả năng làm mát bằng cách dẫn dòng ion qua các kênh với kích thước nanomet. Chiến lược ionothermoelectric (1) này tương tự như kỹ thuật Peltier (2), trong đó việc cho dòng điện chạy qua vật liệu sẽ dẫn đến sự làm nóng hoặc làm mát. Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí ACS Nano.
(1) Ionothermoelectric (nhiệt điện ion): là một kỹ thuật làm mát sử dụng sự di chuyển của các ion (các nguyên tử hoặc phân tử mang điện tích) để vận chuyển nhiệt. Trong trường hợp này, việc sử dụng các kênh quy mô nano cho phép kiểm soát chính xác dòng ion và sự trao đổi nhiệt.
(2) Kỹ thuật Peltier: là một hiệu ứng nhiệt điện nổi tiếng, trong đó một dòng điện chạy qua giao diện của hai vật liệu dẫn điện khác nhau sẽ gây ra sự hấp thụ nhiệt (làm mát) hoặc thải nhiệt (làm nóng), tùy thuộc vào hướng của dòng điện.

Tác giả chính của dự án nghiên cứu Makusu Tsutsui chia sẻ: “Chúng tôi đã chế tạo một nanopore (lỗ rỗng) kích thước nano trên một màng bán dẫn và bao quanh nanopore này bằng một ‘cổng’ (gate), dưới dạng một sợi nano. Việc đặt một điện áp vào cổng đã gây ra dòng ion chạy qua nanopore. Việc thay đổi điện áp sẽ điều chỉnh điện tích bề mặt của nanopore”.

Điện áp âm được áp dụng tạo ra một nanopore tích điện âm, chỉ cho phép các ion tích điện dương (cation) đi qua. Kết quả là, mỗi ion mang theo một lượng nhiệt nhất định cùng với điện tích của nó. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một gradient nồng độ trong nước muối xung quanh nanopore để điều khiển sự vận chuyển cation theo một hướng, từ đó bơm nhiệt ra khỏi nanopore một cách hiệu quả. Việc đảo ngược điện áp sẽ làm cho bề mặt nanopore mang điện tích dương và chỉ cho phép các ion âm (anion) đi qua, do đó chuyển hệ thống từ trạng thái làm mát sang trạng thái làm nóng.

Tác giả chính của dự án Tomoji Kawai chia sẻ: “Chúng tôi đã đặt một cặp nhiệt điện kích thước nano bên cạnh các nanopore bên trong vật liệu, để lập bản đồ những thay đổi nhiệt độ do sự vận chuyển ion được kích hoạt bởi điện áp. Việc chuyển từ làm nóng sang làm mát đã tạo ra sự sụt giảm nhiệt độ hơn 2 Kelvin (tương đương 2 độ C). Chúng tôi phát hiện ra rằng sự truyền nhiệt bằng ion phụ thuộc vào công suất đầu vào cũng như loại ion được sử dụng.”

Các nanopore trạng thái rắn hoàn toàn tương thích với các công nghệ chế tạo chất bán dẫn. Do đó, việc triển khai chiến lược làm lạnh bằng ion được phát triển tại đại học Osaka có thể tăng cường khả năng của các chip bán dẫn thế hệ tiếp theo. Những tiến bộ này trong kiểm soát nhiệt cũng có thể làm giảm bớt mối lo ngại về môi trường.

Để xem các tin bài khác về “Công nghệ ion”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online