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Nat Commun：南大沈群東團隊在芯片熱管理變革技術(shù)-三維導熱網(wǎng)絡(luò)助力的低碳固態(tài)電制冷取得研究進展

來源：南京大學      2022-10-18
導讀：近日，南京大學沈群東教授課題組在國家重點研發(fā)計劃“高效芯片熱管理”變革性技術(shù)重點專項的支持下，構(gòu)筑了鐵電聚合物和導熱材料的互穿網(wǎng)絡(luò)，將電卡性能和熱導率同步提高了2倍以上。
隨著5G芯片的高速發(fā)展，高效和精確的熱管理成為重大挑戰(zhàn)。經(jīng)典的被動散熱系統(tǒng)利用空氣或液體的強制循環(huán)將熱量遞送到外部。固態(tài)電卡制冷先進技術(shù)利用鐵電材料充/放電過程中可逆的溫度變化，可逆著溫度梯度搬運熱量，具有零溫室效應(yīng)潛能、高效、系統(tǒng)緊湊等特點，在實現(xiàn)雙碳目標下極具發(fā)展?jié)摿Α?/span>

柔性的鐵電聚合物材料電卡性能優(yōu)異，然而導熱性能不佳，制冷需要的電場較高，降低器件長期服役的穩(wěn)定性。在國家重點研發(fā)計劃“高效芯片熱管理”變革性技術(shù)重點專項的支持下，沈群東教授課題組構(gòu)筑了鐵電聚合物和導熱材料的互穿網(wǎng)絡(luò)，將電卡性能和熱導率同步提高了2倍以上。在電場驅(qū)動下，鐵電聚合物中的偶極傾向于有序化而釋放出熱量形成“熱點”。嵌入聚合物中的三維連續(xù)導熱網(wǎng)絡(luò)增加了可操縱偶極的數(shù)量，顯著降低制冷循環(huán)期間切換偶極取向狀態(tài)時所需的電能；同時開辟了熱量高速傳導的通路，使冷/熱區(qū)域快速傳輸成為可能，解決了聚合物固有的低熱導帶來的界面接觸散熱緩慢的難題。團隊還構(gòu)建了基于電卡智能材料和電磁驅(qū)動機制的芯片冷卻設(shè)備原型，為下一代智能微電子器件的精確定點熱管理提供了可行的解決方案。
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相關(guān)論文在線發(fā)表在Nature Communications，博士生李明頂為該論文第一作者。化學化工學院王曉亮教授和李劍老師參與了研究。沈群東教授課題組近年來專注于鐵電材料的電子和神經(jīng)醫(yī)學應(yīng)用（Adv. Mater. 2020, 32, 2003800；Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910323；Adv. Mater. 2016, 28, 10684；Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 3640）。

文獻信息

標題：Thermal Management of Chips by a Device Prototype Using Synergistic Effects of 3-D Heat-Conductive Network and Electrocaloric Refrigeration

鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33596-z

參考資料：https://chem.nju.edu.cn/02/52/c12639a590418/page.htm



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