Разработка коллоидной наносуспензии (наножидкости), применяемой в электронных устройствах для оптимизации тепловых процессов в качестве термоинтерфейса между тепловыделяющими элементами и устройствами отвода тепла от них

Проект направлен на разработку композитного теплопроводящего материала, в основе которого лежит коллоидная наносуспензия (наножидкость).

Данный материал, планируется использовать в электронных устройствах для охлаждения их составных узлов, имеющих тепловыделение больше допустимого для данного типа корпуса: силовых транзисторов и микросхем питания (ключах) в импульсных блоках питания, в блоках строчной развёртки телевизоров с кинескопом, транзисторов выходных каскадов мощных усилителей.

Кроме того, в рамках реализации проекта планируется провести дополнительные исследования по созданию линейки узконаправленных продуктов, направленных на применение в различных типах электронных устройств в зависимости от условий их применения и уровня термонагруженности.

Цель проекта: доработка математической модели теплопроводящего пастообразного состава, применяемого в качестве термоинтерфейса в электронных устройствах, путем учета дополнительных физических факторов, получение более точной рецептуры разрабатываемого состава.

Областью применения разрабатываемого продукта являются: энергетика, бытовая электроника, микроэлектроника, разработка новых изоляционных или теплопередающих материалов и теплоносителей.

Дополнительная информация:

Получен патент:

Патент № 2764219 C1 Российская Федерация, МПК C10M 107/00, C10M 125/04, C10M 171/06. композиционный теплопроводящий материал на основе наножидкости: № 2020139839: заявл. 02.12.2020: опубл. 14.01.2022 / П. В. Виноградова, И. С. Манжула; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения".

Для достижения поставленной цели, были сформулированы задачи, в рамках которых проводится данное научное исследование:

1.         исследование системы балансных уравнений, основанных на законах сохранения тепла и массы частиц;

2.         разработка нелинейной математической модели на основе системы балансных уравнений;

3.         исследование корректности математической модели;

4.         подбор и практическое обоснование выбора численного метода решения построенной математической модели;

5.          теоретическое обоснование применимости выбранного численного метода и доказательство математических аспектов: сходимость, устойчивость, аппроксимация.

Разрабатываемый термопроводящий состав (термопаста) на основе коллоидной наносуспензии (наножидкости), произведенный согласно разрабатываемой рецептуре, будет отличаться качественными характеристиками по сравнению с конкурирующими аналогами, за счет тщательного проведения предварительных расчетов, выполненных посредством математического моделирования поведения разрабатываемого продукта при различных термических нагрузках.

Наножидкость, произведенная согласно разрабатываемой рецептуре, будет обладать следующими техническими характеристиками:

−          оптимальный диапазон рабочих температур для более широкого применения в различных электронных устройствах от -50 до 200 градусов Цельсия;

−          теплопроводность 9 Вт/(м·К);

−          плотность 3,5 г/см^3;

−          динамическая вязкость 900 Пуаз;

−          нормативный срок службы 5 лет.

С точки зрения применения, можно отметить следующее:

1.         Термопаста используется в электронных устройствах в качестве термоинтерфейса между тепловыделяющими элементами и устройствами отвода тепла от них (например, между процессором и радиатором). Главное требование при применении теплопроводящей пасты — минимальная толщина её слоя. Для этого при нанесении теплопроводящих паст необходимо руководствоваться рекомендациями изготовителя. Небольшое количество пасты, нанесенное на область теплового контакта, раздавливается при прижиме поверхностей друг к другу. При этом паста заполняет мельчайшие углубления в поверхностях и способствует появлению однородной среды для распространения тепла.

2.         Термопаста используется при охлаждении узлов электроники, имеющих тепловыделение больше допустимого для данного типа корпуса: силовых транзисторов и микросхем питания (ключах) в импульсных блоках питания, в блоках строчной развёртки телевизоров с кинескопом, транзисторов выходных каскадов мощных усилителей.