طراحي سامانه خنك كنندگي تراشه الكترونيكي ماهواره به كمك مواد تغييرفازدهنده ريز كپسوله شده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

در پژوهش حاضر، مديريت دماي برد الكترونيكي با استفاده از چاه گرمايي حاوي مواد تغيير فازدهنده ميكروكپسوله شده براي اولين بار به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفت. انتخاب نوع ماده تغييرفازدهنده بر اساس دماي بحراني برد الكترونيكي در دوحالتC ° 80 وC ° 55 انجام گرديد. در دماي بحرانيC ° 80 از مواد تغييرفازدهنده خالص استئاريك اسيد، لاريك اسيد، پارافين و دو نوع ماده كپسوله تجاري با نام¬هاي PX52و42 GR استفاده شد و تأثير پيكربندي‌هاي مختلف چاه گرمايي، نوع مواد تغييرفازدهنده و كسر حجمي در طيف گسترده‌اي از توان الكتريكي (5-18 وات) در دو حالت اعمال توان به صورت ثابت و اعمال توان به صورت دوره¬اي( بر اساس عملكرد برد ماهواره، 10 دقيقه روشن- 80 دقيقه خاموش)، بر روي رفتار دماي برد الكترونيكي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه استفاده از مواد تغييرفازدهنده مختلف در چاه گرمايي منجر به افزايش زمان كاركرد ايمن براي برد الكترونيكي شد، به طوريكه در توان 6 وات، زمان رسيدن به دماي بحراني C° 80 ، براي پارافين، استئاريك اسيد، لاريك اسيد، PX52و42 GRنسبت به حالت چاه گرمايي بدون مواد تغييرفازدهنده به ترتيب به ميزان 71%، 57%، 47%، 52% و 24% افزايش يافت. همچنين نتايج نشان داد با افزايش كسرحجمي مواد تغييرفازدهنده، زمان رسيدن به دماي بحراني افزايش مي¬يابد. لذا انتخاب كسرحجمي وابسته به محدوديت حجمي و ورزني چاه گرمايي و برد الكترونيكي خواهد بود. براي مديريت دماي برد الكترونيكي در دماي بحرانيC ° 55 به دليل عدم وجود مواد تجاري مناسب در اين محدوده دمايي، به سنتز و مشخصه يابي ميكروكپسول¬هايي با هسته يوتكتيك لاريك اسيد و استئاريك اسيد با پوسته ملامين فرمالدهيد پرداخته شد. نتايج آناليز FTIR براي ميكروكپسوله¬هاي سنتز شده حاكي از عدم ايجاد پيوند جديد در ساختار شيميايي ميكروكپسوله¬هاي حاصل بود و مشخص كرد، ساختار هسته و خواص ماده تغييرفازدهنده بدون تغيير مانده است. بررسي خصوصيت¬هاي گرمايي نمونه¬هاي توليد شده از طريق آناليز DSC درسه نسبت مختلف از هسته به پوسته شامل 2:1، 5:1/1 و 1:1 مشخص كرد كه بيشترين گرماي نهان ذوب براي نسبت هسته به پوسته 2:1 با درصد بالاي كپسوله سازي 26/73 مي¬باشد. همچنين بررسي پايداري گرمايي ميكروكپسوله¬ها توسط آناليز TGA نشان داد كه پايداري ميكروكپسوله¬ها در مقايسه با نمونه خالص افزايش داشته است. تصاوير SEM و TEM نشان داد كه ميكروكپسوله¬ها داراي ساختار هسته-پوسته با ظاهر كاملاً كروي، هموار و با قطر متوسط 5/4 ميكرومتر هستند. به منظور بهبود خواص گرمايي ميكروكپسوله¬ها، از دو ماده گرافن اكسيد و مكسن در دو درصد مختلف 2% و 4% استفاده شد و اندازه¬گيري هدايت گرمايي ميكروكپسوله¬ها نشان داد كه وجود گرافن اكسيد و مكسن بهبود قابل توجهي در رسانايي گرمايي ميكروكپسول ايجاد كرد، به طوريكه بيشترين درصد افزايش در هدايت گرمايي نسبت به نمونه خالص و نمونه كپسوله شده بدون ماده افزودني، براي ميكروكپسول حاوي 4% وزني مكسن به ترتيب برابر با 17/52 و 59/33 درصد و براي گرافن اكسيد با 4% وزني به ترتيب 40 و 90/22 درصد بدست آمد. همچنين قراردهي ميكروكپسوله¬هاي سنتز شده در 100 چرخه متوالي گرمايش- سرمايش نشان داد كه ميكروكپسوله¬ها در هر دوحالت بدون ماده افزودني و حاوي گرافن اكسيد و مكسن، از پايداري خوبي در چرخه¬هاي گرمايش- سرمايش برخوردار هستند. در ادامه بررسي عملكرد نمونه¬هاي سنتز شده براي مديريت دمايي برد الكترونيكي با دماي بحرانيC ° 55 در دو بخش توان الكتريكي ثابت و توان الكتريكي دوره¬اي انجام شد. در بخش توان الكتريكي ثابت، زمان رسيدن به دماي بحراني در حضور ميكروكپسول (بدون ماده افزودني) در توان¬هاي 4، 6، 8 و 10 وات به ترتيب منجر به تاخير در رسيدن به دماي بحراني به ميزان 17، 12، 11 و 5/4 دقيقه شد و در بخش اعمال توان الكتريكي به صورت دوره¬اي، حداكثر دما در حضور ميكروكپسول نسبت به شرايط عدم وجود ميكروكپسول، C° 18 پايين¬تر بود. همچنين ميكروكپسول¬هاي حاوي گرافن اكسيد و مكسن نيز عملكرد مناسبي را در هر دوحالت توان الكتريكي ثابت و دوره¬اي از خود نشان دادند. نتايج اين پژوهش نشان مي¬دهد استفاده از ميكروكپسوله¬هاي طراحي شده، توانايي مناسبي در كنترل دماي برد الكتريكي را دارد، ضمن آنكه مي¬تواند مشكل¬هايي مانند نشت مواد تغييرفازدهنده، خوردگي قطعه¬ها و نيز هدر رفت مواد تغييرفازدهنده در حالت مذاب را بخوبي كنترل نمايد.

218562

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان