Verspringende elektrische ladingen zouden geïoniseerde lucht door microchips kunnen wuiven, waardoor de grote, luidruchtige fans in huidige computers overbodig worden.
Wetenschappers aan de universiteit van Purdue in West Lafayette (Indiana) zeggen dat hun gepatenteerde technologie rechtstreeks in de heatsink van een chip gebouwd kan worden en zo een sneller, stiller en lichter koelsysteem oplevert.
In huidige ontwerpen absorbeert een metalen heatsink de warmte die wordt gegenereerd door stroom in de microchip en deze wordt gekoeld door een mechanische fan. Maar doordat er steeds meer functionaliteit uit steeds kleiner wordende chips wordt gehaald, ondervindt men dat fans de chips niet genoeg kunnen koelen of veel te groot worden. "Hitte is de grootste factor die de grootte van laptops beperkt", aldus Dan Schlitz van de universiteit van Purdue.
Om die reden hebben wetenschappers verschillende alternatieven bedacht, waaronder piëzo-elektrische fans en minuscule koud-waterpompjes. Maar er is ook een keerzijde: Lucht is aantrekkelijker dan water omdat het niet afgeschermd hoeft te worden, maar water is weer aantrekkelijker omdat het warmte sneller absorbeert en afgeeft.
De Purdue technologie is het eerste luchtgebaseerde systeem dat een vergelijkbare koeling realiseert als een watergebaseerd systeem - 40 Watt per cm2. "Daarom zijn we erg enthousiast", zegt Suresh Garimella. (Leider van het onderzoek en betrokken bij nog zeven andere chipkoeling-projecten)
Het geheim van de techniek is het produceren van air-flow direct op het oppervlak van de heatsink. Wanneer je lucht van boven blaast met een fan creëer je een stationair luchtkussen dat de afvoer van hitte belemmert. Maar het nieuwe systeem bestaat uit 300 elektroden die de luchtmoleculen ioniseren en vervolgens rond het oppervlak pompen.
Aan één kant van het apparaat zitten de negatief geladen elektroden die zijn opgezet door middel van lange, dunne koolstof nanotubes om het elektrische veld te concentreren. Wanneer de spanning aangeschakeld wordt, springen de elektronen over een afstand van 10 micron van de negatieve naar de positieve elektroden.
Dit slaat elektronen van de luchtmoleculen af wat een wolk positief geladen ionen oplevert. Hoewel het verschijnsel lijkt op bliksem, vindt het plaats bij veel lagere voltages en worden er geen vonken geproduceerd.
De wolk van positieve ionen drijft dan naar de negatieve elektrode, maar voor deze daar aankomt wordt de spanning naar een andere elektrode omgeschakeld. Op deze manier wordt de positief geladen wolk over het oppervlak getrokken. Gedurende dit proces neemt de wolk warmte op. Door de spanning continu te laten wisselen wordt een luchtstroom gecreëerd.
Hoeveel spanning precies wordt omgezet in elektronen is vooralsnog onbekend. Maar restspanning wordt omgezet in warmte, wat het koeleffect hindert.
"Dit soort elektrisch aangedreven airflow heeft traditioneel gezien een lage omzetting", geeft Garimella toe. Toch heeft het apparaat met succes warme metalen oppervlakken gekoeld, hoewel het nog niet is geïntegreerd in een chip.
"Dit is een veelbelovend onderzoek, maar er is veel concurrentie op dit gebied", aldus onderzoeker Richard Smith, die zich bezighoudt met onderzoek naar warmteafvoer in elektrische systemen aan de US National Science Foundation, welke het onderzoek betaald heeft.
Het volledige artikel kun je lezen op NewScientist.
Vertaald en bewerkt door Larz.
Bron: NewScientist
