Gli ingegneri hanno sviluppato una tecnologia per raffreddare i punti caldi nell'elettronica ad alte prestazioni utilizzando lo stesso fenomeno fisico che pulisce le ali delle cicale.

Quando le gocce d'acqua si fondono, la riduzione della superficie provoca il rilascio di una piccola quantità di energia. Finché la superficie sottostante è abbastanza idrofoba da respingere l'acqua, questa energia è sufficiente per far saltare via la goccia fusa.

Sulle ali delle cicale, questo fenomeno spinge le goccioline a catturare e rimuovere particelle di sporco e detriti. Nella nuova tecnologia di raffreddamento creata dagli ingegneri della Duke University e della Intel Corporation, le goccioline saltano verso i punti caldi per portare il raffreddamento dove l'elettronica ne ha più bisogno.

I risultati appaiono online il 3 aprile 2017, nel diario Lettere di fisica applicata .

"Il raffreddamento hotspot è molto importante per le tecnologie ad alte prestazioni, " disse Chuan-Hua Chen, professore associato di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke. "I processori dei computer e l'elettronica di potenza non funzionano altrettanto bene se non è possibile rimuovere il calore disperso. Un sistema di raffreddamento migliore consentirà computer più veloci, elettronica più duratura e veicoli elettrici più potenti."

La nuova tecnologia si basa su una camera di vapore costituita da un pavimento super idrofobo con un soffitto simile a spugna. Quando posizionato sotto l'elettronica di funzionamento, l'umidità intrappolata nel soffitto vaporizza sotto i punti caldi emergenti. Il vapore fuoriesce verso il pavimento, portando via il calore dall'elettronica insieme ad esso.

Strutture di raffreddamento passive integrate nel pavimento del dispositivo quindi portano via il calore, facendo condensare il vapore acqueo in goccioline. Mentre le goccioline in crescita si fondono, saltano naturalmente dal pavimento idrofobo e risalgono nel soffitto sotto il punto caldo, e il processo si ripete. Ciò avviene indipendentemente dalla gravità e indipendentemente dall'orientamento, anche se il dispositivo è capovolto.

La tecnologia presenta molti vantaggi rispetto alle tecniche di raffreddamento esistenti. I refrigeratori termoelettrici che fungono da piccoli frigoriferi non possono prendere di mira punti caldi casuali, rendendoli inefficienti per l'uso su grandi aree. Altri approcci possono prendere di mira hotspot in movimento, ma richiedono ingressi di alimentazione aggiuntivi, che porta anche a inefficienze.

La tecnologia di raffreddamento a goccia che salta ha anche un meccanismo integrato per la fuga di calore verticale, che è un grande vantaggio rispetto ai diffusori di calore di oggi che dissipano principalmente il calore in un unico piano.

"Per analogia, per evitare allagamenti, è utile distribuire la pioggia su una vasta area. Ma se il terreno è fradicio, l'acqua non ha vie verticali per fuggire, e le inondazioni sono inevitabili, "ha detto Chen. "I tubi di calore a piastra piatta sono notevoli nella loro diffusione orizzontale, ma manca un meccanismo verticale per dissipare il calore. La nostra tecnologia delle gocce che saltano affronta questo vuoto tecnologico con un meccanismo di diffusione del calore verticale, aprendo una strada per battere i migliori dissipatori di calore esistenti in tutte le direzioni."

C'è ancora molto lavoro da fare prima che le goccioline di Chen possano competere con le tecnologie di raffreddamento odierne. La sfida principale è trovare materiali adatti che funzionino a lungo termine con vapore ad alto calore. Ma Chen rimane ottimista.

"Ci sono voluti alcuni anni per far funzionare il sistema a un punto in cui fosse almeno paragonabile a un dissipatore di calore in rame, la soluzione di raffreddamento più popolare, " disse Chen. "Ma ora, per la prima volta, Vedo un percorso per superare gli standard del settore".