Проекты

Создание универсального термоинтерфейса

Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1329
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В настоящее время человеческая жизнь прямо или косвенно полностью зависит от современных материалов и управления ими. Для передовых технологий необходимо усилить миниатюризацию оборудования. В настоящее время миниатюризация электронной промышленности означает, что охлаждение электронных компонентов также является проблемой для повышения эффективности.

Растущая тенденция или рост миниатюризации микроэлектронных (полупроводниковых) устройств привела к увеличению тепловыделения печатной платы, и, таким образом, управлять теплом становится всё труднее. Чем больше компонентов на печатной плате, тем больше будет потребляемая мощность. Со временем плотность мощности печатной платы также увеличивается. В результате систематического управления температурным режимом и электронным охлаждением снижается эффективность теплообмена. Следовательно, эффективное управление тепловыделением в устройствах стало критической проблемой в современной электронной промышленности. Поэтому в таких системах терморегулирование является областью исследований.

Цель

Разработка и создание универсального композитного термоинтерфейса с наноразмерными наполнителями.

Задачи

  1. Расчёт пропорций и вычисление числовых значений исходных компонентов суспензии.
  2. Исследование изготовленных образцов с различным содержанием исходных компонентов.
  3. Тестирование образцов на установке.
  4. Тестирование образцов на практике.
  5. Сравнение с существующими аналогами.
  6. Сбор и анализ результатов исследований.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Сушильный шкаф
  • ДНА (детонационные наноалмазы), фторопласт-42Л, ацетон (ГОСТ)
  • Аналитические весы
  • Мерный цилиндр, пипет-дозатор, химические стаканы
  • Ультразвуковая ванна
  • Установка для исследования теплопроводности

Описание

Существуют различные виды термоинтерфейсов. Выделяют основные типы термоинтерфейсов: жидкий металл, термопрокладка, термопаста, термоклей. Наиболее эффективной является термопаста, она используется в большинстве электронных приборов, однако у неё имеется ряд недостатков. Такой тип термоинтерфейсов имеет маленький срок службы. Под конец рабочего цикла значительно снижаются теплопроводящие свойства, вследствие чего данный термоинтерфейс требует постоянной замены, что затруднительно в некоторых условиях. Например, в микроэлектронике или в условиях Крайнего Севера.

Авторы, изучив проблемы и современные способы решения, сделали вывод, что в наше время нет подходящих вариантов, которые соответствовали всем требованиям.

Предлагаемое решение данной проблемы

Для получения оптимального термоинтерфейса необходимо использовать компоненты, которые хорошо проводят тепло и не проводят ток. Изучив множество вариантов композита, мы выбрали оптимальные вещества. Мы предлагаем использовать ДНА (детонационные наноалмазы) и Фторопласт 42Л. Выбор данных компонентов обусловлен их свойствами: ДНА за счёт своей структуры способен более эффективно передавать тепло, и Фторопласт 42Л мы используем как связующий компонент. Оба эти вещества в связке дают оптимальный термоинтерфейс, который обладает необходимыми теплопроводящими свойствами.

Результаты работы/выводы

В результате проведённой работы

  1. авторы исследовали теплопроводящие свойства образцов с различным содержанием исходных компонентов;
  2. протестировали образцы на установке;
  3. протестировали образцы на практике;
  4. сравнили полученный образец с существующими аналогами;
  5. собрали и проанализировали результаты исследований.

Изучив множество вариантов композита, выбрали наиболее удавшийся –образец с 48%-м содержанием ДНА (смотри график).

Перспективы использования результатов работы

Необходимо провести тесты в реальных условиях, например, на процессоре системного блока.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Детский технопарк «Альтаир» РТУ МИРЭА