توصيفگر ها :
برد الكترونيكي , مديريت دمايي , چاه گرمايي , ماده تغيير فاز دهنده , ميكروكپسوله سازي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
In the present study, temperature management of the electronic board was investigated experimentally using a heat sink containing pure and microencapsulated phase change materials (PCMs). The type of PCMs was selected based on the critical temperature of the electronic board in two cases: 80°C and 55°C. At the critical temperature of 80°C, pure phase change materials and two types of commercial capsules were used and the effect of different configurations of the heat sink, type of PCMs, and volume fraction in two states of constant and pulsed electric power was investigated. The results showed that using different PCMs in the heat sink led to a time delay to reach the critical temperature for the electronic board so that at a power of 6 W, the time to reach the critical temperature for paraffin, stearic acid, lauric acid, PX52, and GR42 increased by 71%, 57%, 47%, 52%, and 24%, respectively. Also, under pulsed electric power the PCMs in both pure and encapsulated states were able to control the temperature below the critical state. In order to manage the temperature of the electronic board at the lower critical temperature (55°C), the synthesis and characterization of microcapsules with the eutectic core of lauric acid and stearic acid and the shell of melamine formaldehyde were carried out. The results of FTIR analysis for the synthesized microcapsules indicated that there was no chemical interaction between core and shell materials. Examining the thermal characteristics of different core-shell ratios, including 2:1, 1.5:1, and 1:1 by DSC analysis determined that the highest latent heat of fusion was for the core-shell ratio of 2:1 with a high encapsulation ratio of 73.26%. SEM and TEM images showed that the microcapsules have a core-shell structure with a spherical and smooth appearance with an average particle diameter of 4.5 µm. In order to improve the thermal properties of microcapsules, graphene oxide and mxene were used in two different mass percentages of 2% and 4%, and the measurement of the thermal conductivity of microcapsules showed that the presence of graphene oxide and mxene significantly improved thermal conductivity of synthesized microcapsules, so that the highest percentage increase in thermal conductivity for the encapsulated sample containing 4% graphene oxide and mxene was 59.17 and 40%, respectively. Also, putting the synthesized microcapsules in 100 consecutive heating-cooling cycles showed that the microcapsules with/without graphene oxide and mxene have good stability in heating-cooling cycles. Then, the performance of the synthesized samples for temperature management of the electronic board with a critical temperature of 55°C was investigated in two parts: constant electric power and pulsed electric power. In the constant electric power, the time to reach the critical temperature in the presence of microcapsules (without additives) at powers of 4, 6, 8, and 10 W led to a delay in reaching the critical temperature by 17, 12, 11, and 4.5, respectively. Also, under pulsed electric power, the maximum temperature in the presence of microcapsules was 18°C lower than in the absence of microcapsules. It concluded that all the synthesized samples have the ability for temperature management of the electric board in real conditions.
