Un système de refroidissement avancé pour ordinateurs et batteries

• Des chercheurs font la démonstration d'un nouveau système de refroidissement avec deux types différents de matériaux thermoélectriques.
• Il accélère la chaleur plus efficacement dans sa direction naturelle - d'un objet chaud à un environnement relativement frais.

À mesure que les puces informatiques, les lasers, les batteries et l'électronique haute puissance évoluent vers une conception plus compacte avec des densités de puissance plus élevées, ils nécessitent une technologie de gestion thermique plus sophistiquée. Ces appareils utilisent un refroidissement thermoélectrique pour évacuer la chaleur des objets chauds.

Contrairement aux problèmes de thermodynamique, ces refroidisseurs dits Peltier sont optimisés pour garder un objet froid au froid. La plupart des glacières Peltier commerciales sont des éléments de réfrigération portables comme les réfrigérateurs de camping ou les refroidisseurs de boissons. Ils fonctionnent en tirant la chaleur de la zone froide vers la zone chaude (naturellement la chaleur se déplace du chaud vers le froid).

Cependant, dans le mécanisme de « refroidissement actif », le flux de chaleur naturel est accéléré d'un objet chaud vers une région relativement froide. Dans ce cas, l'objectif est de maximiser la chaleur évacuée du réservoir chaud tout en minimisant la chute de température.

Récemment, des physiciens de l'Ohio State University et de l'Université de Virginie ont proposé un nouveau principe de conception pour les instruments thermoélectriques, adapté aux applications de batterie et d'ordinateur. Ils ont fait la démonstration d'un système de refroidissement avec 2 types différents de matériaux thermoélectriques.

Comment ont-ils fait ?

Pour concevoir des dispositifs de refroidissement thermoélectriques efficaces, l'équipe de recherche a sélectionné un matériau en fonction d'un facteur de mérite nommé zT , qui est utilisé pour déterminer les performances des modules thermoélectriques, y compris les modules de réfrigération.

Référence :APS Physics | DOI :10.1103/PhysRevApplied.11.054008

Un matériau transportant beaucoup de chaleur (en raison des courants électriques) aurait un zT élevé . Ces matériaux ont généralement une faible conductivité thermique, ils ne permettent donc pas à la chaleur de refluer à travers l'équipement dans l'objet froid. Cependant, la chaleur se dissipe naturellement lorsque l'objet est chaud.

Considérez une condition de refroidissement normale dans laquelle un objet chaud est attaché à un équipement thermoélectrique entouré d'un réservoir relativement froid. Lorsqu'une tension est appliquée, les électrons et les trous (porteurs de charge qui transportent la chaleur) circulent de la région chaude vers la région froide.

Différence entre le refroidissement actif et la réfrigération | Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Pour rendre le refroidissement plus efficace, l'équipe a développé une nouvelle figure de mérite appelée conductivité thermique effective. Il représente la somme de la conductivité thermique active (s'allume lorsque la tension est appliquée) et de la conductivité thermique passive (normale).

Ils ont utilisé deux types de matériaux avec de grandes conductivités thermiques effectives -

1. Métaux de traînée de magnon (cobalt), dans lesquels les électrons interagissent avec les magnons et transportent une chaleur supplémentaire.
2. Métaux à effet Kondo (cérium-palladium), dans lesquels les électrons interagissent fortement les uns avec les autres, augmentant la chaleur associée à chaque électron conducteur (trou).

Les chercheurs ont utilisé ces matériaux pour construire un refroidisseur Peltier et l'ont placé entre des réservoirs froids et chauds. Ils ont ensuite testé l'appareil en mode passif et actif.

Lorsqu'un courant de 5 ampères a été appliqué, l'appareil a évacué près de 0,1 watt de chaleur de plus du réservoir chaud qu'avec un courant nul. Sur la base de la différence de température, le mode actif a enregistré 1000 watts/mètre-kelvin, tandis que le mode passif a atteint 40 watts/mètre-kelvin.

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Ces types de refroidisseurs bimodes pourraient être bénéfiques pour les processeurs. Il peut fonctionner en mode passif lorsque le nombre de processus de calcul est inférieur et passer en mode actif lorsque l'utilisation du processeur est élevée.