دانشمندان استفاده از لوله های حرارتی گرافینی را برای راندمان بهتر سه برابری پیشنهاد می‌دهند

سال‌هاست که تولیدکنندگان از مس و آلومینیوم در سیستم‎های خنک کننده برای کامپیوترها و کاربردهای دیگر استفاده می‎کنند. اما گاها ترکیب این فلزات به دلیل مشخصات عناصر آنها عملکرد ایده آلی ندارند. محققین دانشگاهی در سوئد به نظر به راه حل جدیدی برای این مشکل دست یافته‌اند. بر اساس این تحقیقات آنها دست کم از نظر تئوری به این نتیجه رسیده‌اند که استفاده از لوله های حرارتی گرافینی و ترکیب آن با فیبر کربن می‌توانند به طرز چشمگیری عملکرد خنک کننده‌ها را افزایش دهند.

لوله‎های حرارتی اساسا دستگاه‌‎های ساده ای محسوب می‎شوند. لوله‎هایی که از غالبا از مس و آلومینیوم ساخته می‌شوند و با آب یا ترکیب بر پایه آمونیاک پر می‌شوند. سپس داخل لوله خالی از هوا شده و بعد به طور کامل مهر و موم می‎شود. نقطه پایان یکی از لوله‎های حرارتی به عنوان قسمت پرحرارت و داغ تعیین می‎شود و نقطه دیگری از این لوله‌ها دمای پائین‎تری نسبت به دیگر نقاط دارند. زمانی که دمای مایع در حال کار بسیار زیاد شود، تبدیل به بخار شده و سریعا به قسمت خنک لوله حرارتی منتقل می شود. زمانی که گاز تولید شده خنک شود، مجددا به حالت مایع تبدیل می‌شود و دوباره به قسمت داغ بازمیگردد و این چرخه تقریبا بی پایان ادامه پیدا می‎کند.

لوله های حرارتی گرافینی جایگزینی عالی اما گران قیمت برای لوله های مسی

در کامپیوترها، بخش کندانسور معمولا به یک هیت سینک مجهز می‎باشد بنابراین عملکرد و راندمان لوله‎های حرارتی وابستگی بسیاری به عملکرد و راندمان رادیاتور دارد. اما کاربردهایی هستند که در آنها امکان استفاده از هیت سینک وجود ندارد. عملکرد این خنک کننده‌ها بستگی به شکل اتصال لوله‌های حرارتی به یکدیگر دارند. در این موارد هدایت حرارتی جنس لوله‌های حرارتی بسیار حائز اهمیت هستند. هدایت حرارتی مس چیزی حدود 400 وات بر متر کلوین در فشار اتمسفر و 20 درجه سلسیوس است اما نسبت به دما متغیر می‎باشد. این در حالیست که هدایت حرارتی گرافین در بازه 3000 تا 5000 وات بر متر کلوین در دمای اتاق قرار می‎گیرد.

محققین سوئدی با همکاری دانشمندان ایتالیایی و چینی معتقدند که استفاده از یک فیلم (لایه نازک) گرافین بر روی لوله حرارتی موجب افزایش هدایت حرارتی و متعاقبا بهبود محسوس راندمان و عملکرد سیستم خنک کننده خواهد شد. برای تقویت قسمت داخلی لوله‎های حرارتی نیز از فیبر کربن می‎توان کمک گرفت. به نظر می‎رسد لوله های حرارتی ساخته شده از گرافین به مراتب بهتر از نمونه‎های مسی عمل می‎کنند. طبق آزمایشات دانشمندان از یک لوله حرارتی با طول 150 میلی متر و قطر خارجی 6 میلی متر، انتقال حرارت در مقایسه با لوله‌های بر پایه مس تقریبا 3 برابر بهتر بوده است.

اما مسئله هزینه در اینجا که بسیار حائز اهمیت است در میان می آید. بر اساس برآوردها در دسامبر 2020، هر گرم گرافین حدودا 100 دلار قیمت دارد. در صورتی که قیمت 1 گرم مس 0.0079 دلار می باشد. گرافین وزن بسیار کمی دارد بنابراین نیازی به مقدار زیادی از این ماده برای یک لوله حرارتی نیست. با این حال این ماده می تواند همچنان برای بسیاری از کاربردها یک گزینه بسیار گران قیمت باشد. لوله‎های حرارتی بر پایه گرافین در واقع برای آن دسته از خنک کننده‎های PC که هیت سینک مسی بسیار بزرگی دارند یا دارای چندین فن خنک کننده هستند مناسب به نظر می‎رسد. اما استفاده از آنها در مواردی همچون خودروسازی یا صنعت الکترونیک توجیه اقتصادی ندارد. جالب است که دانشمندان می‎گویند می‏توان از لوله‎های گرافینی به همراه هیت سینک‌های معمولی و فن نیز استفاده کرد.