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Chalmers University of Technology

Graphen verbessert Heatpipes

09. Februar 2021, 11:40 Uhr   |  Ralf Higgelke

Graphen verbessert Heatpipes
© Ya Liu, Johan Liu

Aufbau und Bild der Graphen-basierten Heatpipe: (A) Bild der Heatpipe; (B) schematischer Aufbau; (C) Funktionsprinzip

Heatpipes oder Wärmeleitrohre sind effiziente Mittel, um Elektronik zu entwärmen. Nun habe Forscher der Chalmers University of Technology eine Heatpipes vorgestellt, die auf Graphen basiert. Der Wärmeübergangskoeffizient ließ sich dadurch mehr als verdreifachen.

Große Rechenzentren, die beispielsweise digitale Bankdienstleistungen und Video-Streaming-Websites bereitstellen, sind extrem energieintensiv und sie sind große Klimasünder, denn deren Emissionen sind höher als die der Luftfahrtindustrie. Daher ist es unerlässlich, den ökologischen Fußabdruck dieser Branche zu reduzieren.

Derzeit bestehen Heatpipes meist aus Kupfer, Aluminium oder ihren Legierungen. Aufgrund der relativ hohen Dichte und der begrenzten Wärmeübertragungskapazität dieser Materialien stehen Heatpipes in zukünftigen Stromversorgungsgeräten und Rechenzentren vor großen Herausforderungen.

Nun haben Forscher am Electronics Materials and Systems Laboratory der Chalmers University of Technology Graphen-basierte Heatpipes vorgestellt, deren spezifische Wärmeübergangskoeffizient etwa 3,5 Mal besser ist als der von kupferbasierten Systemen. Die neuartigen Heatpipe bestehen aus konfektionierten Graphen-Folien, die durch Innenflächen aus Kohlefasergewebe unterstützt werden. Die Forscher testeten Rohre mit 6 mm Außendurchmesser und 150 mm Länge.

Die neuen Erkenntnisse können den Weg für den Einsatz von Graphen-beschichteten Heatpipes in vielen Anwendungen ebnen. Dazu zählen die Avionik, die Automobilelektronik, Laptops, Smartphones, Datenzentren und die Raumfahrtelektronik – also überall dort, wo Gewicht und Korrosionsfestigkeit entscheidend sind.

»Der kalte Teil der Graphen-verstärkten Heatpipe kann durch einen Kühlkörper oder einen Lüfter ersetzt werden, um die Kühlung noch effizienter zu machen, wenn sie in einem realen Fall angewendet wird", erklärt Ya Liu, Erstautorin und Doktorandin am Electronics Materials and Systems Laboratory von Chalmers.

Die neue Studie basiert auf einer Zusammenarbeit zwischen Forschern der Chalmers University of Technology, der Fudan University und der Shanghai University, China, der SHT Smart High-Tech, Schweden und der Università Politecnica delle Marche, Italien.

Originalpublikation

Liu, Y, Chen, S, Fu, Y, et al. A lightweight and high thermal performance graphene heat pipe. Nano Select. 2021; 2: 364– 372. https://doi.org/10.1002/nano.202000195

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