Coole Mobiltelefone – dank eines schwitzenden Materials

Coole Mobiltelefone – dank eines schwitzenden Materials

Shanghai, 22.1.2020

Chinesische Wissenschaftler haben eine Beschichtung auf Metallbasis für elektronische Geräte entwickelt. Bei der Erwärmung wird Wasser freigesetzt, das dann verdampft und überschüssige Wärme abführt. Das System ist derzeit zu teuer für eine breite Anwendung, könnte aber in Zukunft auf tragbare Geräte angewandt werden.

Chinesische Experten für Kältetechnik von der Shanghai Jiao Tong Universität haben sich von der Abkühltechnik der Säugetiere inspirieren lassen: sie schwitzen Flüssigkeit, die die Oberfläche abkühlt, wenn sie verdunstet. Vor diesem Hintergrund entwickelten sie eine Beschichtung auf Metallbasis die nur dreimal so dick wie ein menschliches Haar ist und die die Betriebstemperatur der Elektronik durch Freisetzung von Wasser niedrig hält. Wenn dieses sich in Gas verwandelt und verdampft, nimmt es die von der Elektronik erzeugte überschüssige Wärme mit.

Der Senior-Autor Ruzhu Wang, der an der Shanghai Jiao Tong Universität Kältetechnik studiert, sagte: „‚Die Entwicklung der Mikroelektronik stellt hohe Anforderungen an effiziente Wärmemanagement-Techniken, da alle Komponenten dicht gepackt sind und die Chips sehr heiß werden können. Ohne ein effektives Kühlsystem könnten unsere Telefone zum Beispiel einen Systemausfall haben und uns die Hände verbrennen, wenn wir sie lange laufen lassen oder eine große Anwendung laden“.

Zu den aktuellen Methoden, Elektronik kühl zu halten, gehören die Verwendung von Ventilatoren oder Phasenwechselmaterialien (PCM) wie Wachse und Fettsäuren, die bei zunehmender Hitze schmelzen und die überschüssige Wärmeenergie aufsaugen.

Einige Experten behaupten jedoch, dieser Ansatz sei relativ ineffizient, und der Übergang von Wasser aus der Flüssigkeit in das Gas habe die Fähigkeit, die zehnfache Energiemenge zu verbrauchen. In einer Studie, die in der Zeitschrift „Joule“ veröffentlicht wurde, machen die Autoren auf ihre Ergebnisse aufmerksam: Sie beschichteten drei 16 Quadratzentimeter große Aluminiumbleche mit einer Beschichtung auf Metallbasis, die zum Schwitzen angeregt wurde.

Diese Beschichtung mit der Bezeichnung MIL-101(Cr) wurde auf drei Chips mit unterschiedlichen Dicken – 198, 313 und 516 Mikrometer – aufgetragen und auf einer Heizplatte erhitzt.

Zum Vergleich: Die durchschnittliche Breite eines menschlichen Haares beträgt 75 Mikrometer.

Ein unbeschichtetes Blech erreichte nach 5,2 Minuten 60°C, wobei ein Chip mit der dünnsten Beschichtung die doppelte Zeit benötigte und erst nach 11,7 Minuten 60°C erreichte.

Das Blech mit der dicksten Beschichtung erreichte die 60°C-Marke nach 19,35 Minuten Erwärmung.

Zusätzlich zu einer effektiven Kühlung kann sich MIL-101(Cr) schnell erholen, indem es nach dem Entfernen der Wärmequelle wieder Feuchtigkeit absorbiert, genau wie Säugetiere rehydrieren und wieder schwitzen können, sagt Wang. Diese Methode eignet sich für Geräte, die nicht ständig laufen, wie z.B. Telefone, Ladeakkus und Telekommunikations-Basisstationen, die manchmal überlastet werden können“, so Wang.

Um den Kühleffekt von MIL-101(Cr) an realen Geräten zu untersuchen, schäumten die Forscher ihr schweißiges Material auf einen Computerchip. Im Vergleich zu einem unbeschichteten Chip reduzierte der beschichtete die Chiptemperatur um bis zu 7°C, wenn das Gerät 15 Minuten lang unter hoher Belastung betrieben wurde.