Calor do chip é retirado sem partes móveis e sem gastar energia

Don Monroe - Physics Review Focus - 28/10/2010

Os pequenos tubos para o transporte de líquidos podem ser construídos juntos com o próprio chip, resfriando-o usando seu próprio calor.
[Imagem: Liu/Li/PRL]

Microfluídica

Tubos microscópicos poderão brevemente movimentar fluidos ao redor de um chip de análise química ou transportar líquidos refrigerantes ao redor de circuitos eletrônicos - e sem gastar energia.

No último exemplar da Physical Review Letters, uma equipe de Hong Kong propõe um novo tipo de tubo para fluidos feito de seções com propriedades superficiais diferentes.

Suas simulações de computador mostram que o aquecimento na junção que une as seções pode movimentar o fluxo de fluido em uma direção, talvez rápido o suficiente para resfriar chips de computador usando seu próprio calor.

Os pequenos tubos para o transporte de líquidos poderão ser embutidos, construídos com as mesmas técnicas usadas para fabricar os chips.

Fluxo de fluidos

Nas dimensões nanométricas, o fluxo de um fluido difere significativamente daquele observado em escalas macroscópicas. Uma das principais diferenças é que a interação entre o líquido e as paredes do canal torna-se muito mais importante.

Ao longo dos anos, os pesquisadores têm proposto muitas maneiras para modificar as propriedades superficiais para manipular o fluxo de fluidos no interior de canais, sem usar partes móveis.

Mas a maioria dessas soluções não pode conduzir fluidos em um circuito completo - por exemplo, o líquido pode fluir de uma parte quente para outra fria, mas não retornar, como é necessário para o resfriamento.

Dinâmica molecular

Chong Liu e Zhigang Li, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong, já haviam estudado o fluxo através de canais em escala nanométrica usando simulações de dinâmica molecular, que levam em conta o movimento de cada molécula em resposta a várias forças.

Eles variaram a atração entre o líquido e as paredes, a mesma propriedade que determina se uma gota de um líquido vai "molhar" uma superfície ou vai formar uma gota sobre ela. A combinação das propriedades superficiais e da temperatura mostrou efeitos dramáticos sobre o fluxo.

"Isso nos inspirou a desenvolver um canal compósito," conta Li, um canal feito de duas seções com propriedades superficiais diferentes.

O canal foi orientado para mover o líquido da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda. Na seção da esquerda, a atração superficial era baixa, e eles esperavam que o fluido simulado escorresse das zonas quentes para as frias. Li explica que o calor cria uma pressão que empurra o fluido em direção às áreas mais frias.

Na seção da direita, a atração superficial era elevada, e eles esperavam que o fluido fosse do frio para o quente. Li afirma que a parede se torna ainda mais aderente a temperaturas mais baixas, o que aumenta a densidade perto da parede e através de várias camadas moleculares em direção ao centro do pequeno canal. A densidade mais elevada aumenta a pressão e empurra o líquido em direção às regiões mais quentes e menos pegajosas.

Bomba sem partes móveis

Em suas simulações, os pesquisadores elevaram a temperatura no centro até que ela fosse centenas de graus mais quente do que nas extremidades. Isso dirigiu o fluido presente em ambas as seções para a esquerda: em direção ao centro quente do lado direito e até a extremidade fria do lado esquerdo.

Li diz que a velocidade estimada do fluxo pode ser alta o suficiente para ser útil no resfriamento de chips de computador, sem usar partes móveis. Mas como o efeito depende das propriedades superficiais, ele só vai funcionar para canais com 20 nanômetros ou menos de largura.

German Drazer, da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, achou o trabalho "intrigante" e afirma que a dinâmica molecular é importante porque os pesquisadores não sabem ao certo como descrever o fluxo de um fluido imediatamente adjacente às superfícies. Nos cálculos tradicionais, diz ele, "uma parte da física você tem que colocar à mão."

Para conhecer outras pesquisas recentes na mesma área, veja Tecnologia de resfriamento de chips ultrapassa os 1.000 watts de capacidade e Microrradiadores vão resfriar eletrônica de veículos elétricos.

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