Khi các thiết bị điện tử ngày càng mạnh mẽ và nhỏ gọn, chúng sản sinh những luồng nhiệt dày đặc hơn hay tạo ra nhiều nhiệt trong một diện tích nhỏ. Luồng nhiệt này làm tăng nhiệt độ của thiết bị và có thể làm hỏng các linh kiện bên dưới, khiến chúng hoạt động không bình thường và theo thời gian, thậm chí góp phần gây ra hỏng hóc.

 

Để ngăn chặn tình trạng này, các kỹ sư điện tử tại Trung Quốc đã dựa vào những hệ thống quản lý nhiệt và các chiến lược làm mát. Chiến lược triển vọng để tản nhiệt trong các thiết bị điện tử nhỏ hơn được gọi là làm mát vi lưu. Kỹ thuật này thúc đẩy dòng chất lỏng chảy qua các kênh siêu nhỏ được tích hợp bên trong hoặc gần các mạch tích hợp để loại bỏ nhiệt và giảm nhiệt độ bên trong thiết bị.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Công nghệ sản xuất vi mô và nano tiên tiến, gần đây đã đưa ra phương pháp làm mát vi lưu mới có thể loại bỏ nhiệt khỏi thiết bị hiệu quả hơn nhiều phương pháp trước đây. Phương pháp mới dựa trên thiết bị làm mát vi lưu ba lớp mới khắc vào  chất nền silicon.

Nhóm nghiên cứu chia sẻ: "Việc thu nhỏ các thiết bị điện tử tiên tiến có thể sinh ra dòng nhiệt lớn và cần được tản nhiệt trước khi chúng gây xuống cấp hoặc hỏng hóc thiết bị. Làm mát bằng vi lưu mang lại giá trị tiềm năng cho các hệ thống này, nhưng các thiết bị thường bị giới hạn ở dòng nhiệt dưới 2.000 Wcm−2. Chiến lược làm mát bằng vi lưu của chúng tôi có thể tản nhiệt lên đến 3.000 W cm−2 với công suất bơm chỉ 0,9 W cm−2 bằng cách sử dụng nước một pha làm chất làm mát".

Thiết bị làm mát do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển, có cấu trúc ba lớp. Lớp đầu tiên bao gồm một ống phân phối thuôn nhọn, phân tán nước trên bề mặt của chip và bảo đảm mỗi vi kênh nhận được một lượng chất làm mát bằng nhau để thiết bị được làm mát đồng đều.

Lớp giữa, được gọi là lớp microjet, bao gồm các vòi phun nhỏ tạo thành các microjet (tức là các dòng chất lỏng tốc độ cao bắn trực tiếp lên bề mặt chip), cải thiện khả năng truyền nhiệt trong thiết bị bằng cách nhằm vào ranh giới nhiệt (tức là vùng nhiệt tích tụ). Lớp thứ ba và cũng là lớp cuối cùng bao gồm các vi kênh, các rãnh nhỏ được khắc vào silicon để dẫn chất làm mát ấm ra khỏi chip tích hợp.

Trong các thử nghiệm ban đầu, phương pháp làm mát vi lưu mới đã được chứng minh có khả năng tản nhiệt hiệu quả hơn đáng kể so với hầu hết các phương pháp trước đây. Ngoài ra, thiết bị ba lớp chỉ cần công suất bơm nhỏ (0,9 W/cm²) để làm mát chip và có thể được sản xuất trên quy mô lớn bằng các quy trình sản xuất hiện có.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ hỗ trợ phát triển các thiết bị điện tử nhỏ, hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng. Hơn nữa, thiết bị làm mát mới sẽ sớm được cải tiến và đánh giá sâu hơn trong các thử nghiệm với nhiều loại thiết bị điện tử kích thước nhỏ.

N.P.D (NASTIS), theo Techxplore, 12/2025