NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ỐNG NANO CACBON TRONG CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ HƢƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ỐNG NANO CACBON TRONG CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 60440104 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN NGỌC MINH HÀ NỘI - 2015 MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ vi điện tử, nano điện tử cho phép linh kiện điện tử quang điện tử tăng mạnh mật độ linh kiện, công suất tốc độ hoạt động Tuy nhiên, linh kiện điện tử, linh kiện điện tử công suất lớn điốt phát quang độ sáng cao (High Brightness LED – HBLED) hay vi xử lý máy tính (Center Processing Unit - CPU) với mật độ tích hợp transistor lên tới 400 triệu hoạt động thời gian đủ dài tiêu tốn lượng giải phóng nhiệt lượng lớn làm giảm hiệu quả, công suất độ bền Do vậy, việc cải tiến nâng cao hiệu tản nhiệt giúp kéo dài tuổi thọ, tăng hiệu suất công suất phát quang LED, nâng cao tốc độ hoạt động CPU nói riêng hiệu quả, độ bền linh kiện điện tử cơng suất khác Do đó, tốn tản nhiệt cho linh kiện điện tử công suất lớn toán quan trọng cần nghiên cứu giải Các phương pháp tản nhiệt phổ biến sử dụng là: tản nhiệt quạt, ống dẫn nhiệt, dùng hóa chất tản nhiệt, làm mát nhiệt điện, tản nhiệt chất lỏng Trong phương pháp trên, phương pháp tản nhiệt chất lỏng ứng dụng rộng rãi cho linh kiện điện tử công suất cao giá thành hợp lí, khả tản nhiệt tốt phù hợp với linh kiện điện tử công suất cao Sự đời phát triển công nghệ nano tạo nhiều loại vật liệu có khả ứng dụng cao cơng nghiệp đời sống, tiêu biểu vật liệu ống nano cacbon (CNTs - Carbon NanoTubes) Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy vật liệu CNTs vật liệu có độ dẫn nhiệt cao biết đến nay, với CNTs đơn sợi độ dẫn nhiệt lên đến 2000 W/mK Tính chất ưu việt CNTs mở hướng ứng dụng việc nâng cao độ dẫn nhiệt cho vật liệu, hệ thống tản nhiệt cho linh kiện thiết bị công suất, đặc biệt hướng ứng dụng chất lỏng tản nhiệt Dựa vào kết nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu ống nano cacbon Viện Khoa học Vật liệu thành tựu nhóm nghiên cứu giới ứng dụng ống nano cacbon làm vật liệu tản nhiệt, đặt mục tiêu ứng dụng ống nano cacbon chất lỏng tản nhiệt cho linh kiện điện tử cơng suất lớn Do đó, tơi chọn hướng nghiên cứu với nội dung: “Nghiên cứu ứng dụng ống nano cacbon chất lỏng tản nhiệt cho linh kiện điện tử công suất lớn” đề tài Luận văn Thạc sỹ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu ống nano cacbon 1.1.1 Lịch sử phát triển - Cacbon Trong bảng hệ thống tuần hoàn cacbon nguyên tố nằm vị trí thứ 6, có ba trạng thái lai hóa sp1, sp2, sp3 tồn dạng vật chất khác cacbon a) sp1 – dạng thẳng b) sp2 – dạng tam giác c) sp3 – dạng tứ diện Hình 1.1 Các trạng thái lai hóa khác cacbon - Graphite Graphite hay than chì dạng thù hình cacbon, có cấu trúc lớp Bên lớp nguyên tử cacbon liên kết phẳng với ba nguyên tử cacbon khác bên cạnh liên kết cộng hóa trị với góc liên kết 120o.[28] Hình 1.2 Cấu trúc Graphite a) Chiều đứng; b) Chiều ngang [28] - Kim cƣơng Kim cương dạng cấu trúc tinh thể khác cacbon Cấu trúc mạng tinh thể kim cương thể hình 1.3a Hình 1.3 a) Cấu trúc tinh thể Kim cương; b) Tinh thể Kim cương tự nhiên - Fullerenes Fullerenes lồng phân tử cacbon khép kín với nguyên tử cacbon xếp thành mặt cầu mặt elip a) Fullerene C60 b) Fullerene C70 c) Fullerene C80 Hình 1.4 Cấu trúc Fullerenes a) C60; b) C70; c) C80 - Ống nano cacbon Có hai loại ống nano cacbon ống đơn tường đa tường Hình 1.5 Các dạng cấu trúc CNTs: a) SWCNTs; b) MWCNTs 1.1.2 Cấu trúc ống nanô bon Cấu trúc vật liệu CNTs đặc trưng véc tơ Chiral, kí hiệu Ch Véc tơ hướng cuộn mạng graphene độ lớn đường kính ống Ch  na1  ma2  (n, m) Trong đó: (1.1) n m số nguyên a1 a2 véc tơ đơn vị mạng graphene Trên thực tế, cấu trúc CNTs tồn sai hỏng hay gọi defect a) b) Hình 1.6 Các sai hỏng cấu trúc lục giác [29] 1.1.3 Tính chất vật liệu CNTs - Tính chất điện Liên kết σ liên kết mạnh tự nhiên, ống nano cacbon tạo thành với tất liên kết σ ý tới vật liệu có độ bền lớn - Tính chất quang quang điện Tính chất quang quang điện CNTs biết từ cấu trúc vùng DOS SWCNTs - Tính chất điện CNTs biết vật liệu dẫn điện tốt Tính dẫn điện loại vật liệu phụ thuộc mạnh vào cấu trúc Tùy thuộc vào cặp số (n, m) mà độ dẫn CNTs bán dẫn hay kim loại - Tính chất nhiệt nhiệt điện Các tính tốn lí thuyết kết thực nghiệm rằng, độ dẫn nhiệt CNTs phụ thuộc vào nhiệt độ Độ dẫn nhiệt đạt giá trị cực đại lên tới 37000 W/mK 100K sau giảm nhanh theo nhiệt độ xuống cịn 3000 W/mK ngồi khoảng 400K (hình 1.13) Hình 1.7 So sánh độ dẫn nhiệt CNTs với vật liệu khác [14] Ngoài khả dẫn nhiệt tốt, CNTs cịn có tính chất bền vững nhiệt độ cao, 2800oC chân không môi trường khí trơ (Ar) - Đặc tính phát xạ trƣờng SWCNTs xem vật liệu có khả phát xạ tốt, đặc biệt cần cung cấp điện thấp vài vol (V) 1.1.4 Một số ứng dụng ống nano cacbon Các nghiên cứu thử nghiệm cho thấy vật liệu CNTs vật liệu có độ dẫn nhiệt cao biết đến nay, với CNTs đơn sợi độ dẫn nhiệt lên đến 2000 W/mK Tính chất ưu việt CNTs mở hướng ứng dụng nâng cao độ dẫn nhiệt cho vật liệu, ứng dụng hệ thống tản nhiệt cho linh kiện thiết bị công suất, đặc biệt hướng ứng dụng chất lỏng tản nhiệt Đặc tính phát xạ điện tử CNTs q báu mà ứng dụng thiết bị hình phẳng phát xạ trường, đầu dò hiển vi lực nguyên tử, đầu dò xuyên hầm Đối với ống nano cacbon đơn tường, có đặc tính chất bán dẫn, nên cịn dùng để chế tạo transistor, hay cổng lôgic 1.1.5 Các phƣơng pháp chế tạo ống nano cacbon - Phương pháp phóng điện hồ quang - Phương pháp bốc bay laser Phương pháp lắng đọng pha hóa học 1.2 Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần CNTs 1.2.1 Khái niệm chất lỏng nano Chất lỏng nano (nanofluilds) loại chất lỏng tạo cách phân tán vật liệu kích thước nanomet (bao gồm hạt nano, sợi nano, ống nano, dây nano, nano, nano, v.v ) chất lỏng sở như: nước, dầu, ethylene glycol, vv… 1.2.2 Các phƣơng pháp chế tạo - Phương pháp hai bước (Two - Step Method) - Phương pháp bước (One - Step Method) [40] 1.2.3 CNTs - Nanofluids - Chế tạo CNTs - nanofluids Phần lớn nghiên cứu chất lỏng nano thực chế tạo dựa phương pháp Two - step khơng địi hỏi phức tạp mặt thiết bị, vật liệu nano chế tạo sẵn với số lượng lớn - Tính chất nhiệt CNTs - nanofluids Trong số loại vật liệu nano CNTs loại vật liệu có nhiều tính chất ưu việt CNTs có khả dẫn nhiệt tốt với độ dẫn nhiệt lớn từ 4.000 - 12.000 lần so với độ dẫn nhiệt chất lỏng CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Phƣơng án thực nghiệm - Chế tạo chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần CNTs biến tính gắn nhóm chức – OH phương pháp rung siêu âm khoảng thời gian nồng độ khác - Khảo sát hiệu tản nhiệt cho CPU sử dụng phương pháp tản nhiệt quạt - Khảo sát hiệu tản nhiệt cho LED sử dụng chất lỏng không chứa thành phần CNTs - Khảo sát hiệu tản nhiệt chất lỏng nano chứa CNTs cho CPU LED công suất lớn - So sánh kết thực nghiệm thu được, từ tìm hàm lượng tối ưu CNTs chất lỏng tản nhiệt 2.2 Thực nghiệm chế tạo CNTs - nanofluids 2.2.1 Các hóa chất vật liệu sử dụng - CNTs - Tween 80 - Chất lỏng nền: H2O, Ethylene glycol - Hóa chất biến tính CNTs: H2SO4, HNO3, SOCl2, H2O2, … 2.2.2 Biến tính gắn nhóm chức - OH lên vật liệu CNTs 2.2.3 Phân tán CNTs chất lỏng tản nhiệt CNTs Chất lỏng (EG/DW) CNTs biến tính nhóm chức -OH Chất hoạt động bề mặt Tween Phƣơng pháp rung siêu âm Chất lỏng chứa thành phần CNTs Hình 2.1 Quy trình phân tán CNTs chất lỏng 2.3 Thực nghiệm ứng dụng tản nhiệt cho linh kiện điện tử 2.3.1 Ứng dụng CNTs - nanofluids tản nhiệt cho vi xử lý máy tính a) Thiết bị máy tính - Cấu hình máy tính, phần mềm Core Temp 1.0 RC5 - 32bit, phần mềm Prime95 b) Hệ thống tản nhiệt chất lỏng cho vi xử lý máy tính Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống tản nhiệt chất lỏng cho vi xử lý máy tính 10 Trong bơm mini có công suất 1,8W, công suất quạt tản nhiệt 3,6W, kích thước quạt tản nhiệt 120x120x38mm3, kích thước giàn tỏa nhiệt 150x120x25mm3, chất lỏng tản nhiệt chứa từ 0,1-1,2 g CNTs/lít 2.3.2 Ứng dụng CNTs đèn LED công suất lớn a) Hệ thống tản nhiệt sử dụng chất lỏng CNTs cho đèn pha LED 450 W Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống tản nhiệt cho đèn chiếu sáng LED 450 W b) Thử nghiệm chất lỏng chứa thành phần CNTs tản nhiệt cho đèn pha LED 450 W  Nhiệt độ phòng giữ ổn định 20oC thí nghiệm cách sử dụng điều hòa nhiệt độ  Bật đèn LED  Nhiệt độ chip LED đo trực tiếp sensor nhiệt độ gắn bề mặt đế chip LED  Khảo sát nhiệt độ LED sử dụng chất lỏng tản nhiệt trường hợp: khơng chứa thành phần CNTs, có chứa thành phần CNTs với hàm lượng tương ứng 0,3 g/l, 0,5 g/l, 0,7 g/l, 1,0 g/l 1,2 g/l 2.4 Các phƣơng pháp phân tích sử dụng nghiên cứu - Phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), phổ Raman, phổ Zeta – Sizer, phép đo hình thái học SEM 11 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết biến tính gắn nhóm chức - OH vào CNTs Sử dụng phương pháp phân tích phổ FTIR truyền qua để xác định tồn nhóm chức – OH Kết đo phổ hồng ngoại truyền qua thu hình 3.1 Hình 3.1 Phổ FTIR truyền qua vật liệu CNTs chưa biến tính; CNTs biến tính gắn nhóm chức - COOH CNTs biến tính gắn nhóm chức – OH Phổ hồng ngoại truyền qua CNTs - COOH cho thấy xuất thêm số đỉnh sau CNTs xử lý hỗn hợp axit H2SO4 HNO3 Dao động ứng với liên kết - OH nhóm cacboxyl (- COOH) hiển thị thông qua đỉnh 3431,81 cm-1, đỉnh mở rộng so với liên kết - OH H2O xuất phổ hồng ngoại truyền qua vật liệu CNTs Ngoài xuất đỉnh 1707,31 cm-1 vật liệu CNTs - COOH cho thấy tồn dao động ứng với liên kết C = O nhóm cacboxyl Những kết chứng minh tồn nhóm cacboxyl xuất bề mặt CNTs q trình oxy hóa xảy sau xử lý hỗn hợp axit nitric axit sunfuric, kết khẳng định hỗn hợp axit tạo nhóm chức bề mặt CNTs Phổ hồng ngoại truyền qua vật liệu CNTs - OH cho thấy vùng dao động ứng với liên kết - OH xuất quanh giá trị 3431,81 cm-1 mở rộng thêm so với vật liệu CNTs COOH, vị trí trung tâm đỉnh dao động - OH chuyển sang giá trị thấp 12 hơn, việc mở rộng đỉnh dao động với biến đỉnh dao động 1707.31 cm-1 ứng với liên kết C = O cho thấy nhóm hydroxyl (- OH) hình thành bề mặt CNTs để thay cho nhóm cacboxyl tồn trước Hình 3.2 phổ tán xạ Raman vật liệu CNTs chưa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm chức - COOH CNTs biến tính gắn nhóm chức – OH Hình 3.2 Phổ tán xạ Raman vật liệu CNTs chưa biến tính; CNTs biến tính gắn nhóm chức - COOH CNTs biến tính gắn nhóm chức – OH Trên phổ tán xạ nhận thấy hai dải phổ đặc trưng dải D (1333,69 cm-1) dải G (1583,10 cm-1) Dải G sinh từ mạng graphene CNTs, dải G đặc trưng cho tính trật tự cấu trúc ngun tử cacbon xếp theo trật tự dạng vòng sáu cạnh Trong đó, dải D lại đặc trưng cho khuyết tật cấu trúc CNTs, dải D hình thành từ dao động nguyên tử cacbon trạng thái sp3 Tỉ lệ cường độ hai đỉnh dải D dải G phụ thuộc vào độ độ tinh thể hoá CNTs Từ phổ thu ta nhận thấy Tỷ lệ cường độ ID /IG CNTs - OH cao so với CNTs - COOH chứng tỏ khuyết tật hình thành bề mặt MWCNTs - OH nhiều bề mặt MWCNTs - COOH 13 3.2 Kết phân tán CNTs - OH chất lỏng tản nhiệt EG/DW Hình 3.3a cho thấy sau rung siêu âm 10 phút, xuất tụ đám CNTs EG/DW, tụ đám tương ứng với đỉnh phổ kích thước 437 nm, đỉnh phổ kích thước 93,5 nm thể phân tán tốt CNTs.Tuy nhiên, tồn tụ đám nhỏ ứng với đỉnh phổ 93,5 nm Hình 3.3 Phổ phân bố kích thước CNTs - OH đo thiết bị Zeta - Sizer với thời gian rung siêu âm 10 phút: (a) đo sau phân tán CNTs - OH vào EG/DW; (b) đo sau lắng đọng 72 h kể từ lúc phân tán CNTs - OH vào EG/DW Để loại bỏ tụ đám CNTs khỏi chất lỏng, để lắng đọng chất lỏng thu thời gian 72 h, sau tiến hành đo lại phổ phân tán theo kích thước, kết cho thấy đỉnh phổ tương ứng với tụ đám lớn CNTs-OH khơng cịn hình 3.3b 14 Hình 3.4 Phổ tán phân bố kích thước CNTs - OH đo thiết bị Zeta-Sizer sau để lắng đọng 72 h kể từ lúc phân tán trường hợp: (a) rung siêu âm 20 phút; (b) rung siêu âm 30 phút; (c) rung siêu âm 40 phút Từ hình 3.4, chúng tơi nhận thấy với thời gian rung siêu âm 20 phút khả phân tán CNTs tốt so với trường hợp rung siêu âm 10 phút, với phổ kích thước CNTs phân tán từ 18 nm – 95 nm hình 3.4a Khi tăng thêm thời gian rung siêu âm đến 30 phút 40 phút kết phân tán tương đương với phổ phân tán theo kích thước CNTs chất lỏng từ 17 nm – 83 nm hình 3.4b hình 3.4c, kết phù hợp với đường kính CNTs dùng thí nghiệm từ 15 nm – 80 nm Từ đến kết luận thời gian rung siêu âm tối thiểu để phân tán tốt CNTs EG/DW 30 phút Hình 3.5 kết so sánh ảnh SEM vật liệu CNTs ban đầu vật liệu CNTs sau biến tính gắn nhóm chức – OH phân tán vào EG/DW Ảnh SEM hình 3.5b cho thấy sau biến tính, sử dụng chất hoạt động bề mặt 15 Tween - 80 kết hợp với phương pháp rung siêu âm lượng cao để phân tán CNTs - OH vào EG/DW, ống CNTs - OH khơng cịn tụ đám co cụm ban đầu (hình 3.5a) Kết lần khẳng định khả phân tán tốt CNTs OH EG/DW (a) (b) Hình 3.5 Ảnh SEM hình thái học bề mặt của: (a) vật liệu CNTs trước biến tính phân tán vào EG/DW; (b) vật liệu CNTs sau biến tính phân tán vào EG/DW 3.3 Cơ chế phân tán CNTs chất lỏng tản nhiệt - Biến tính hóa học: Gắn nhóm chức hoạt hóa lên bề mặt ống, tăng khả tương tác hóa học với mơi trường tạo tương tác đẩy ống với (như tương tác điện ống, tương tác điện bề mặt với hạt tích điện dung mơi) - Chất hoạt động bề mặt: Giúp giảm sức căng bề mặt chất lỏng với vật liệu CNTs, góp phần vào việc ngăn cản tụ đám CNTs chất lỏng sức căng bề mặt - Rung siêu âm: Cung cấp lượng dạng nhiệt rung siêu âm để tăng tính linh động, tính hoạt động khả di chuyển ống tương tự chuyển động Brown nguyên tử, phân tử 16 3.4 Kết ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs-OH cho vi xử lý máy tính Để khảo sát hiệu chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần CNTs - OH EG/DW, tiến hành so sánh với phương pháp tản nhiệt quạt 3.4.1 Tản nhiệt quạt Hình 3.6 Kết đo nhiệt độ CPU theo thời gian sử dụng phương pháp tản nhiệt quạt Nhận thấy, thời điểm ban đầu nhiệt độ CPU đạt 35oC, sau nhiệt độ bão hòa CPU đạt đến 71oC sau khoảng thời gian hoạt động 200 s 3.4.2 Tản nhiệt chất lỏng chứa thành phần CNT Các kết thử nghiệm cho thấy so sánh với phương pháp tản nhiệt sử dụng quạt, phương pháp tản nhiệt chất lỏng cho nhiệt độ bão hòa CPU giảm xuống khoảng 14oC - 20oC, thời gian trình tăng nhiệt tăng từ 200 s đến 350 s Bằng cách pha CNTs vào chất lỏng tản nhiệt với hàm lượng g/l, chúng tơi giảm nhiệt độ CPU xuống 6oC so với chất lỏng khơng chứa thành phần CNTs 17 Hình 3.7 Kết đo nhiệt độ CPU theo thời gian sử dụng phương pháp tản nhiệt chất lỏng chứa thành phần CNTs với nồng độ CNTs khác 3.5 Kết ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs cho LED công suất lớn Nhận thấy với hàm lượng CNTs 1,2 g/l, nhiệt độ bão hòa chip LED giảm xuống 4,5oC so sánh với chất lỏng khơng chứa thành phần CNTs Hình 3.8 Nhiệt độ đèn LED 450 W theo thời gian sử dụng phương pháp tản nhiệt chất lỏng với nồng độ khác CNTs 18 Dựa vào bảng đặc tính kỹ thuật chip LED hãng sản xuất cung cấp, thấy giảm nhiệt độ hoạt động chip LED xuống 10oC thời gian sống chip LED tăng lên gấp đơi Vì vậy, thời gian sống chip LED theo độ giảm nhiệt độ hoạt động ước lượng cơng thức sau: L L0 t 10 (3.1) Ở L0, L, Δt thời gian sống bản, thời gian sống hoạt động chế độ tản nhiệt tốt hơn, độ giảm nhiệt độ LED Như phần trăm thời gian kéo dài tuổi thọ chip LED xác định công thức: %L   t  L  L0 100%   210  1 100% L0   (3.2) Ước lượng phần trăm thời gian kéo dài tuổi thọ biểu thị hình 3.9 Hình 3.9 Sự phụ thuộc thời gian sống đèn LED 450W vào hàm lượng CNTs chất lỏng tản nhiệt Kết cho thấy thêm hàm lượng CNTs vào chất lỏng tản nhiệt thời gian kéo dài tuổi thọ đèn LED tăng lên Phần trăm thời gian kéo dài tuổi thọ đạt đến giá trị bão hòa 33% với nồng độ 1,2 g/l Phần trăm thời gian kéo dài tuổi thọ gần không tăng hàm lượng 1,3 g/l Vì vậy, chúng tơi nhận thấy hàm lượng tối ưu CNTs chất lỏng cho đèn LED 450 W 1,2 g/l 19 3.6 Cơ chế nâng cao hiệu tản nhiệt - Thứ nhất: CNTs có độ dẫn nhiệt lớn (lên đến 2000 W/mK), nên phân tán CNTs vào chất lỏng giúp nâng cao độ dẫn nhiệt chất lỏng - Thứ hai: Độ dẫn nhiệt chất lỏng tăng lên có thêm thành phần CNTs, điều giúp nâng cao hiệu trình truyền nhiệt từ chip LED vào chất lỏng Chất lỏng không chứa thành phần CNTs Chất lỏng chứa thành phần CNTs Vùng nhiệt độ cao Vùng nhiệt độ trung bình Vùng nhiệt độ thấp Hình 3.10 Mơ tả chế nâng cao hiệu truyền nhiệt từ đế tản nhiệt vào chất lỏng sử dụng chất lỏng chứa thành phần CNTs Dựa mơ tả hình 3.10, ta tính dịng nhiệt di chuyển từ đế tản nhiệt vào chất lỏng thơng qua phương trình sau: J T Rd  R Trong đó: + ΔT độ chênh lệch nhiệt độ vùng nhiệt độ cao thấp (K) 20 (3.3) + R nhiệt trở chất lỏng (K/W) + Rd nhiệt trở đế tản nhiệt (K/W) + J dòng nhiệt truyền chất lỏng (W) Như vậy, trường hợp chất lỏng có độ dẫn nhiệt thấp dịng nhiệt từ đế tản nhiệt vào chất lỏng chậm, dẫn đến kết nhiệt độ chất lỏng tản nhiệt chảy khỏi đế tản nhiệt không cao Ngược lại, trường hợp chất lỏng có độ dẫn nhiệt cao dịng nhiệt từ đế tản nhiệt vào chất lỏng nhanh, dẫn đến kết nhiệt độ chất lỏng tản nhiệt chảy khỏi đế tản nhiệt cao Chúng nhận thấy nhiệt trở đế tản nhiệt nhỏ nhiều so với độ dẫn nhiệt chất lỏng (vì kim loại vốn có độ dẫn nhiệt cao vài trăm đến hàng nghìn lần chất lỏng), giảm nhiệt trở chất lỏng mang lại hiệu truyền nhiệt mạnh nhiều so với việc giảm nhiệt trở đế tản nhiệt, điều lần nhấn mạnh ý nghĩa việc pha thêm CNTs vào chất lỏng tản nhiệt để làm tăng độ dẫn nhiệt chất lỏng Mặt khác ta có cơng thức tính nhiệt lượng mang khỏi đế tản nhiệt là: Q   C.t.D.dV (3.6) V Trong đó: + Δt độ chênh lệch nhiệt độ chất lỏng chảy khỏi đế tản nhiệt so với nhiệt độ chất lỏng bình chứa (K) + C nhiệt dung riêng chất lỏng (J/kg.K) + D khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) Có thể nhận thấy có ống nano cacbon chất lỏng tản nhiệt Δt tăng, đồng thời khối lượng riêng D chất lỏng tăng, nhiệt lượng 21 truyền trình tản nhiệt cao so với chất lỏng tản nhiệt khơng có CNTs Hình 3.10 cho ta cách nhìn trực quan chế - Thứ ba: Độ dẫn nhiệt chất lỏng tăng lên có thêm thành phần CNTs giúp nâng cao hiệu trình truyền nhiệt từ chất lỏng giàn tỏa nhiệt, điều thể chi tiết hình 3.11 với cách giải thích hồn tồn tương tự trường hợp nhiệt lượng truyền từ chip LED vào chất lỏng tản nhiệt Giàn tỏa nhiệt Tản nhiệt Chất lỏng Chất lỏng CNTs Chất lỏng có CNTs Vùng nhiệt độ cao Vùng nhiệt độ trung bình Vùng nhiệt độ cao Vùng nhiệt độ thấp Hình 3.11 Mơ tả chế nâng cao hiệu truyền nhiệt từ chất lỏng giàn tỏa nhiệt sử dụng chất lỏng chứa thành phần CNTs Kết thử nghiệm ứng dụng chất lỏng chứa thành phần CNTs cho linh kiện điện tử công suất luận văn so sánh với kết nghiên cứu số nhóm nghiên cứu giới, chẳng hạn nhóm Yi Fan [50] Trong thực nghiệm nhóm Yi Fan, sử dụng chất lỏng chứa thành phần CNTs nhiệt độ linh kiện giảm xuống 3oC so với chất lỏng thông thường không chứa 22 thành phần CNTs Điều cho thấy kết nghiên cứu luận văn phù hợp với kết nhóm Yi Fan (trong trường hợp ứng dụng tản nhiệt cho đèn LED công suất 450W), chí số trường hợp kết luận văn tốt (trong trường hợp ứng dụng tản nhiệt cho vi xử lý Intel Core i5) KẾT LUẬN Luận văn đạt kết sau đây: Đã thành cơng việc biến tính gắn nhóm chức – OH lên vật liệu CNTs phương pháp hóa học Các kết phân tích FTIR Raman khẳng định nhóm chức – OH gắn kết bề mặt CNTs Đã phân tán đồng CNTs - OH vào hỗn hợp EG/DW cách sử dụng chất hoạt động bề mặt Tween - 80 kết hợp với phương pháp rung siêu âm với thời gian 30 phút Kết đo phổ phân tán theo kích thước thiết bị Zeta - Sizer ảnh SEM cho thấy CNTs phân tán đồng chất lỏng khơng cịn tượng tụ đám Kết thử nghiệm với vi xử lý Intel Core i5 cho thấy nhiệt độ bão hòa CPU giảm xuống khoảng 14oC - 20oC thời gian trình tăng nhiệt nâng từ 200 s lên 350 s so sánh với phương pháp tản nhiệt sử dụng quạt Khi sử dụng chất lỏng tản nhiệt chứa hàm lượng CNTs 1,2 g/l nhiệt độ CPU xuống 6oC so với trường hợp sử dụng chất lỏng không chứa thành phần CNTs Kết thử nghiệm với đèn LED công suất 450 W cho thấy sử dụng chất lỏng tản nhiệt với hàm lượng CNTs 1,2 g/l nhiệt độ bão hịa chip LED giảm xuống 4,5oC kết tính tốn dự đốn tuổi thọ kéo dài thêm 33% so sánh với chất lỏng khơng chứa thành phần CNTs Đã giải thích chế việc nâng cao hiệu tản nhiệt cho hệ thống sử dụng chất lỏng chứa thành phần ống nano cacbon 23