Phát triển và ứng dụng buồng hơi
Với sự xuất hiện và phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông di động thế hệ thứ năm (công nghệ 5G), các sản phẩm điện tử, đặc biệt là điện thoại thông minh, máy tính bảng và các sản phẩm khác, đang ngày càng hướng tới hiệu suất cao, tích hợp cao và thu nhỏ, dẫn đến dòng nhiệt cực cao mật độ trong không gian cực kỳ hẹp. Là một bộ phận truyền nhiệt hiệu quả, buồng hơi có đặc tính chịu nhiệt thấp và nhiệt độ đồng đều, được sử dụng rộng rãi trong mô-đun tản nhiệt của thiết bị có thông lượng nhiệt cao.
Sự tiến bộ của ngành công nghiệp điện tử đã kéo theo sự phát triển của các sản phẩm điện tử theo hướng kích thước nhỏ, tính tích hợp cao, dẫn đến tiêu thụ điện năng của các linh kiện điện tử cao hơn. Ví dụ, mức tiêu tán ước tính của bộ khuếch đại bandgap trong quân sự và hàng không vũ trụ vượt quá 1000W/cm2. Các bộ tản nhiệt thông thường không còn có thể đáp ứng nhu cầu tản nhiệt với mật độ dòng nhiệt cao. Hai loại tản nhiệt được dẫn động bởi mao quản như ống dẫn nhiệt, ống dẫn nhiệt phẳng và buồng hơi đã được chứng minh là thiết bị làm mát thụ động hiệu quả nhất trong số hai thiết bị làm mát. Chúng có những ưu điểm như độ dẫn nhiệt mạnh, hiệu ứng cân bằng nhiệt độ tốt và khả năng thích ứng cấu trúc mạnh mẽ. Buồng hơi đã trở thành điểm nóng nghiên cứu của nhiều học giả trong và ngoài nước do hiệu suất tản nhiệt cao hơn.
Hiện nay, các phương pháp tản nhiệt được sử dụng cho các thiết bị điện tử chủ yếu bao gồm tản nhiệt than chì, tản nhiệt graphene, tản nhiệt gel dẫn nhiệt, làm mát ống dẫn nhiệt, làm mát buồng hơi, v.v., như trong Bảng 1. Trong số đó, tản nhiệt than chì , tản nhiệt graphene và tản nhiệt gel dẫn nhiệt thuộc về vật liệu tản nhiệt có tác dụng tản nhiệt hạn chế, chủ yếu được sử dụng trong các sản phẩm điện tử nhỏ; Ống dẫn nhiệt và tấm tản nhiệt là những bộ phận tản nhiệt có hiệu suất tản nhiệt cao, chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị điện tử cỡ lớn và vừa. Mặc dù cả ống dẫn nhiệt và buồng hơi đều sử dụng sự thay đổi pha để đạt được sự tản nhiệt, bao gồm bốn bước chính là dẫn nhiệt, bay hơi, đối lưu và ngưng tụ, phương pháp dẫn nhiệt của chúng khác nhau. Ống dẫn nhiệt là truyền nhiệt một chiều, trong khi tấm ngâm là truyền nhiệt hai chiều, có diện tích tiếp xúc lớn hơn với môi trường tản nhiệt, tản nhiệt đồng đều hơn và khả năng thích ứng tốt hơn với nhu cầu ứng dụng trong các lĩnh vực như thiết bị điện tử thu nhỏ trong kỷ nguyên 5G. Các nghiên cứu liên quan đã chỉ ra rằng hiệu suất của tản nhiệt với tấm nhiệt đồng nhất cao hơn từ 20% đến 30% so với ống dẫn nhiệt, điều này có thể cải thiện hơn nữa hiệu suất dẫn nhiệt.
Buồng hơi bao gồm vỏ ống kín, lõi hấp thụ chất lỏng xốp và chất lỏng làm việc. Chất lỏng làm việc hấp thụ nhiệt và bay hơi ở đầu bay hơi, sau đó được vận chuyển ở dạng khí đến đầu ngưng tụ trong khoang, nơi nó giải phóng nhiệt và ngưng tụ. Chất lỏng làm việc ngưng tụ được dẫn động bởi lực mao dẫn và được vận chuyển trở lại đầu bay hơi thông qua lõi hút xốp. Trong chu trình này, tấm gia nhiệt có thể hoạt động độc lập mà không cần nguồn điện bên ngoài, do đó hoàn thành quá trình truyền nhiệt hiệu quả. Tấm ngâm có thể được chia thành hai loại theo hướng truyền nhiệt, và hai loại buồng hơi truyền nhiệt dọc theo chiều dày và chiều dài, Loại trước có thể lấy đi nhiều nhiệt hơn thông qua quá trình ngưng tụ quy mô lớn; Loại thứ hai có thể truyền qua khoảng cách xa và duy trì hiệu suất đồng đều nhiệt độ tuyệt vời. Buồng hơi chủ yếu được chia thành buồng hơi tiêu chuẩn (Lớn hơn hoặc bằng 2 mm), buồng hơi siêu mỏng (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.
Ứng dụng của buồng hơi có thể được chia thành hai loại dựa trên các môi trường ứng dụng khác nhau, đó là ứng dụng môi trường mặt đất và ứng dụng môi trường hàng không vũ trụ. Cái trước ở trong môi trường trọng lực, chẳng hạn như trạm gốc 5G, các sản phẩm điện tử như điện thoại di động và máy tính, hệ thống làm mát điện tử ô tô, v.v., trong khi cái sau ở trong môi trường không trọng lực, vi trọng lực hoặc siêu trọng lực, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ cánh đồng.
Các linh kiện điện tử tạo ra một lượng nhiệt lớn trong một thể tích nhỏ và khả năng tản nhiệt hiệu quả đã trở thành một trong những khó khăn chính trong quá trình phát triển công nghệ hơn nữa. So với các ống dẫn nhiệt truyền thống, tấm nhiệt đồng nhất, là một loại thiết bị dẫn nhiệt mới, có thể tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt và truyền nhiệt đồng đều theo mọi hướng. Nó có hiệu suất dẫn nhiệt hiệu quả và đồng đều và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện tử, hàng không vũ trụ và phương tiện năng lượng mới.
