近年來，微型集成電路和電子芯片已成為科技發(fā)展的重要組成部分。隨著它們集成度的不斷提高，其總功耗呈指數(shù)上升。在多核芯片中，單個核的異常發(fā)熱會直接影響其他核甚至整體的運算能力，這意味著局部異常發(fā)熱會使芯片熱管理變得更加困難。在當前電子產品的所有故障中，由異常發(fā)熱造成的損壞超過了55%。當電子芯片溫度接近70-80 °C時，其性能每升高2 °C就會降低~10%。因此，電子芯片的精準控溫日益成為影響電子工業(yè)發(fā)展的重要因素。
圖1點陣式主動電卡制冷薄膜的制備及表征
近日，南開大學材料科學與工程學院馬儒軍教授團隊報道了一種高效的點陣式電卡(Electrocaloric, EC)制冷器件，可以有效地針對多核芯片的局部異常發(fā)熱問題進行主動精準控溫。通過三乙胺(Et3N)化學改性，在P(VDF-TrFE-CFE)骨架上引入了C=C雙鍵，降低了偶極翻轉的能壘。同時，Ba0.6Sr0.4TiO3納米粒子的摻入進一步提高了材料的EC性能和導熱系數(shù)，并更適用于高頻率下的熱傳導和靜電驅動效果(圖1)。
圖3精準控溫電卡制冷器件的熱管理應用。
本設計的點陣式EC冷卻器件尺寸僅為5×7×0.4 cm3，同時可實現(xiàn)針對多核芯片溫度差異化的熱管理需求。EC器件中的每個制冷像素點可以獨立或協(xié)調工作，響應時間僅為1 ms。在相同的條件下，本設計的EC制冷器件能夠將模擬CPU(NO:CT-JRP, 5V/2W)的表面溫度穩(wěn)定地抑制在59.1°C。在冷卻性能上與CPU風冷散熱器相當，并且遠優(yōu)于桌面風扇(圖3)。這種結構緊湊、可嵌入、高性能、點陣式EC制冷器件為主動、精確定位和溫度差異化熱管理提供了靈活的策略，在微電子過熱保護方面具有很大的應用潛力。
該工作以“An active pixel-matrix electrocaloric device for targeted and differential thermal management”為題發(fā)表在《Advance Materials》上。論文第一作者為博士生白培加，通訊作者為馬儒軍教授，該研究得到了國家自然科學基金委以及科學技術部的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209181
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