“液態(tài)金屬”引領(lǐng)散熱革命
電影《終結(jié)者》里，施瓦辛格扮演了一個(gè)“打不死”的金屬機(jī)器人，能變成液體一樣流動(dòng)。現(xiàn)實(shí)中的“液態(tài)金屬”雖沒有那么神通，卻也將在先進(jìn)散熱管理領(lǐng)域大展身手。
“熱障”瓶頸
“隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在一部手機(jī)的運(yùn)算能力，已經(jīng)相當(dāng)于早前一臺(tái)體積龐大的計(jì)算機(jī)，性能提升了很多量級(jí)。可以想象，這么多的運(yùn)算集中在一個(gè)芯片上，發(fā)熱量是十分巨大的。”清華大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所雙聘研究員劉靜教授拿起手機(jī)笑著告訴記者，之所以通話時(shí)間久了，手機(jī)會(huì)發(fā)燙，是因?yàn)樾酒啥鹊奶岣吆凸牡膭≡觥?/p>
過高的溫度不僅令電腦頻繁死機(jī)，甚至?xí)?dǎo)致芯片燒毀。對(duì)于追求極速“快感”的電腦玩家，傳統(tǒng)的風(fēng)冷方式早已不能滿足其散熱要求。于是，熱管、水冷，甚至液氮等五花八門的散熱方法層出不窮。
不過遺憾的是，這些散熱方式或多或少都存在著缺陷：普遍用于筆記本電腦的熱管技術(shù)存在燒毀極限，難以滿足高熱流密度芯片的散熱需求；當(dāng)前流行的水冷、液冷方式需配備體型臃腫的水箱，且存在蒸發(fā)、泄漏等問題，對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說幾乎是致命的安全隱患。
英特爾公司負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)的首席技術(shù)官帕特·蓋爾欣格指出：“放眼看去，耗能和散熱將成為一個(gè)根本性的限制，我們必須在芯片總體設(shè)計(jì)中認(rèn)真考慮這兩個(gè)問題。”怎樣突破“熱障”瓶頸的束縛，連IT巨人都頭疼不已。
“金屬”革命
這一次，是中國(guó)人為打破瓶頸帶來(lái)了希望。
現(xiàn)有的散熱方式都不理想，能不能找到更好的辦法呢？在經(jīng)過大量的試驗(yàn)、反復(fù)比較之后，劉靜的腦子里忽然靈光一閃：為什么不用液態(tài)金屬散熱？
金屬的熱導(dǎo)率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水，可以達(dá)到水的六七十倍甚至更高。如果能用室溫下處于流動(dòng)狀態(tài)的液態(tài)金屬作為“冷卻劑”，給計(jì)算機(jī)芯片“降溫”，理應(yīng)再合適不過了。
其實(shí)，液態(tài)金屬散熱技術(shù)在核電站反應(yīng)堆中已經(jīng)有了應(yīng)用。但其采用的鈉合金卻“性如烈火”，很容易造成爆炸和火災(zāi)，要把它用于芯片散熱顯然有安全隱患。
經(jīng)過反復(fù)篩選、研制，劉靜的團(tuán)隊(duì)最終想到了一種熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)卻很高的金屬——鎵，并借助納米技術(shù)，來(lái)提高鎵合金的性能。鎵的性情比較“溫和”，不會(huì)發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，且對(duì)人體比較安全；更讓人驚喜的是，水到了100攝氏度就會(huì)沸騰，而鎵的沸點(diǎn)竟高達(dá)2400多攝氏度，即使放進(jìn)煉鋼爐里，它依舊“無(wú)動(dòng)于衷”，這就為未來(lái)制造高性能計(jì)算機(jī)留下了非常大的空間。
劉靜向記者展示了幾款完成工業(yè)設(shè)計(jì)的液態(tài)金屬散熱器，看上去和普通散熱器并無(wú)明顯不同，可其中卻大有文章。就拿驅(qū)動(dòng)方式來(lái)說，其研制就頗費(fèi)一番心思。如果用機(jī)械泵驅(qū)動(dòng)，液態(tài)金屬會(huì)在葉片四周凝結(jié)，從而堵塞管道。科研人員想到金屬可以通過電磁波來(lái)驅(qū)動(dòng)，于是研發(fā)出功耗僅在500mW左右的電磁泵，進(jìn)而發(fā)展出直接利用芯片產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)金屬流體的新技術(shù)。由于無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件及風(fēng)扇，這種裝置徹底實(shí)現(xiàn)了無(wú)噪音運(yùn)行。就這樣，劉靜帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)，把一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的概念，一步步變成了可以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。
2002年，劉靜申請(qǐng)首項(xiàng)發(fā)明專利并獲得授權(quán)。這比其他國(guó)際團(tuán)隊(duì)都要早許多。這一次，中國(guó)人走在了世界前列。隨后，劉靜的團(tuán)隊(duì)陸續(xù)申請(qǐng)了30余項(xiàng)核心技術(shù)專利，形成了完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。
2007年，國(guó)際知名期刊英國(guó)應(yīng)用物理學(xué)雜志《Journal of Physics D：Applied Physics》以封面文章的形式，發(fā)表了劉靜團(tuán)隊(duì)的研究成果。液體金屬冷卻計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)在國(guó)內(nèi)外引起強(qiáng)烈反響，成為先進(jìn)散熱管理領(lǐng)域內(nèi)嶄新的發(fā)展方向之一。
2011年，美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)會(huì)刊《電子封裝學(xué)報(bào)》，將“2010-2011年度最佳論文獎(jiǎng)”授予劉靜教授及其博士生鄧月光，這是其首度將該獎(jiǎng)授予中國(guó)大陸學(xué)者。在這篇論文中，報(bào)道了第一代CPU液態(tài)金屬散熱器樣機(jī)的研制成果，文章發(fā)表后多次蟬聯(lián)月下載量前10名，受到國(guó)際同行廣泛關(guān)注。
前景無(wú)限
值得注意的是，僅自2012年8月以來(lái)，國(guó)際上就有德國(guó)和美國(guó)兩大陣營(yíng)的科研團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了液態(tài)金屬散熱技術(shù)研究，并成立了研究聯(lián)盟。兩國(guó)政府及科研機(jī)構(gòu)分別投入了2000萬(wàn)歐元、500萬(wàn)美元以上的科研經(jīng)費(fèi)予以支持，無(wú)疑證明了這一重大前沿技術(shù)的價(jià)值。
據(jù)國(guó)際調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC估計(jì)，僅計(jì)算機(jī)CPU所需的散熱組件，每年約有50億至100億美元的市場(chǎng)。民營(yíng)企業(yè)依米康公司董事長(zhǎng)郭瑞從清華大學(xué)經(jīng)管學(xué)院的一個(gè)學(xué)習(xí)班上，偶然得知該技術(shù)后，果斷地決定投資液態(tài)金屬散熱器項(xiàng)目。
“在高科技領(lǐng)域，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，就意味著不必再受制于人。由于我國(guó)擁有該領(lǐng)域首項(xiàng)底層專利以及大量擴(kuò)展技術(shù)，因而為今后進(jìn)軍國(guó)內(nèi)外先進(jìn)散熱器市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。”郭瑞說。目前這一項(xiàng)目已被列為北京市第一批科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目股權(quán)投資試點(diǎn)項(xiàng)目，已經(jīng)有一系列產(chǎn)品問世。
其實(shí)，需要“降溫”的領(lǐng)域不僅是計(jì)算機(jī)芯片。中國(guó)科學(xué)院院士周遠(yuǎn)指出，在儀器工業(yè)、鋼鐵制造、太陽(yáng)能捕獲、國(guó)防軍工等領(lǐng)域，液態(tài)金屬散熱技術(shù)都大有用武之地。就拿新能源汽車來(lái)說，蓄電池的溫度如果控制不好，會(huì)嚴(yán)重影響汽車的安全性；而當(dāng)前發(fā)展勢(shì)頭正勁的LED很少有大功率產(chǎn)品問世，也是因?yàn)樯犭y以解決。
下載文檔LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。
關(guān)鍵字： 驅(qū)動(dòng)電源在工業(yè)自動(dòng)化蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，工業(yè)電機(jī)作為核心動(dòng)力設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)電源的性能直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其中，反電動(dòng)勢(shì)抑制與過流保護(hù)是驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，集成化方案的設(shè)計(jì)成為提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能的關(guān)鍵。
關(guān)鍵字： 工業(yè)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電源LED 驅(qū)動(dòng)電源作為 LED 照明系統(tǒng)的 “心臟”，其穩(wěn)定性直接決定了整個(gè)照明設(shè)備的使用壽命。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，LED 驅(qū)動(dòng)電源易損壞的問題卻十分常見，不僅增加了維護(hù)成本，還影響了用戶體驗(yàn)。要解決這一問題，需從設(shè)計(jì)、生...
關(guān)鍵字： 驅(qū)動(dòng)電源 照明系統(tǒng) 散熱根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)電源的公式，電感內(nèi)電流波動(dòng)大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。
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關(guān)鍵字： 電動(dòng)汽車 新能源 驅(qū)動(dòng)電源在現(xiàn)代城市建設(shè)中，街道及停車場(chǎng)照明作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其質(zhì)量和效率直接關(guān)系到城市的公共安全、居民生活質(zhì)量和能源利用效率。隨著科技的進(jìn)步，高亮度白光發(fā)光二極管(LED)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸取代傳統(tǒng)光源，成為大功率區(qū)域...
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關(guān)鍵字： LED照明技術(shù) 電磁干擾 驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)電源具有效率高的特性,而且開關(guān)電源的變壓器體積比串聯(lián)穩(wěn)壓型電源的要小得多,電源電路比較整潔,整機(jī)重量也有所下降,所以,現(xiàn)在的LED驅(qū)動(dòng)電源
關(guān)鍵字： LED 驅(qū)動(dòng)電源 開關(guān)電源LED驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。
關(guān)鍵字： LED 隧道燈 驅(qū)動(dòng)電源
