Onderzoekers ontwikkelen nano-koelelement

Een samenwerkingsverband tussen onderzoekers van de Universiteit van Groningen en van de Stichting FOM heeft geleid tot de ontwikkeling van een nano-koelelement dat kan worden in- en uitgeschakeld via een magnetisch veld.

De nanokoeling werkt op basis van het Peltier-effect dat door elektronenspin wordt beïnvloed. Het Peltier-effect is bekend in de consumentenmarkt en wordt onder meer gebruikt voor processorkoeling. Net als bij een Peltier-element wordt een stroom door verschillende materialen gestuurd. Bij de nano-koelelementen is het echter de spin van de elektronen die het Peltier-effect veroorzaakt. Door gebruik te maken van magnetische materialen is de spin van de elektronen te beïnvloeden.

De onderzoekers lieten een stroom door drie laagjes materiaal gaan; een niet-magnetisch metaal werd tussen twee magnetische metalen geklemd. Op de grensvlakken van de metalen, ieder met een eigen Peltier-coëfficient, ontstaat een temperatuurverschil. De onderzoekers wisten dit temperatuurverschil schakelbaar te maken door de spin van de elektronen in de metalen te manipuleren. Hierdoor kunnen ze het nano-koelelement aan- en uitschakelen.

Ze deden dat door de spin met behulp van magnetisme aan te passen. Met de elektronenspin de ene kant op wordt het grensvlak tussen metalen verhit en met de spin de andere kant op wordt er gekoeld. De magnetisch schakelbare koeling zou ingezet kunnen worden om nano-elektronica te koelen, aldus de onderzoekers, die publiceerden in Nature.

Reacties (34)

[Student1563424]

Peltier elementen verbruiken toch zelf ook energie? Ze zijn zover ik weet alleen voor warmte transport dus je hebt dan altijd nog een sterke koeling nodig. Bij desktops iig is het voor het met luchtkoeling onder kamertemperatuur kunnen koelen van je processor bijv. Maar het elemen stookt dan zelf ook al snel 100 watt wat dan aan de andere kant de luchtkoeling ook weer moet afvoeren... Lijkt me dus niet zo gunstig in mini/mobiele apparaten

[madhapee]

Het voordeel van het gebruiken van een peltier koeler zit hem erin dat je het warmte verschil tussen je heatsink en de omgeving kan verhogen.

Als je kamer bijvoorbeeld 25 graden C is en je wilt je chip op 26 graden houden dan is dit erg moeilijk met directe luchtkoeling. Zet je er een peltier op dan kan de cold side van de peltier op 26 graden draaien en je hot side heat sink op wel 50 graden C.

Het temperatuurverschil tussen heat sink en omgeving is nu verhoogd van 1 graden naar 25. Nu is het iets wat je met een fan kan doen ook al kost het je iets extra doordat je peltier ook energie verbruikt. 1 graad verschil lucht koelen lukt je waarschijnlijk niet.

[Blue_Entharion]

Dus basically zou je je pc in de oven kunnen plaatsen, dat ie zeg 100 graden word aan de hot end, en intern zou ie 75 graden kunnen blijven?

[freaq]

peltier vervoert in principe gewoon warmte, dus de ene kant kan kouder worden dan de omgeving, de andere word dan ook evenredig veel warmer.

bijv als de ene kant 50 graden kouder wordt, wordt de andere ook een stuk heter, hoeveel heter hangt af van de hoeveelheid koeloppervlak en de omgevings temperatuur maar in principe kan je met peltier in een oven tot onder nul koelen.

het werkt niet exact hetzelfde als een koelkast maar het is een soortgelijk idee, de koelkast geeft achteraan warmte af aan de kamer die het onttrekt uit de koelkast zelf, de achterkat van de koelkast is een stuk heter dan de kamer, en binnen is het een stuk koeler. (alleen niet je pc in de koelkast zetten haar warmte afvoer capaciteit is lager dan de hoeveelheid warmte die je pc opwekt )

[blspjnl]

Je kan deze toepassing het best vergelijken met een koelkast/vriezer. Dus een grote dT creeren, om de warmte dan makkelijker af te voeren, maar het thermodynamisch rendement is nooit 100%, dus het kost altijd iets. Maar wat krijg je er dan voor terug?

In de praktijk gaat het niet om de globale koeling, maar op microschaal zijn het vooral ''hot-spots'', waar een chip mee te maken heeft.
Grote temperatuursverschillen lokaal zorgen voor grote spanningen. Een klein Peltier element kan deze lokale ''hot-spot'' koelen, waardoor de spanningen afnemen -> langere levensduur/ hogere frequenties mogelijk etc.

[MichaelB74]

Die luchtkoeling ZIT al in het element. Het is dus niet alleen een Peltier effect, het is tevens een luchtmotor, waardoor het geheel weer gekoeld wordt.

Het lijkt mij dat de mate van koeling hoger is dan de warmteproductie, anders heeft dit idd. weinig zin

[Essox Lucius]

Wat zal de volgende innovatie zijn?

Plaatjes met heel erg veel nano-gaatjes waartegen de wind geblazen wordt, zodat er nog meer hitte afgevoerd kan worden?

Wellicht gaan ze processoren een keer op een andere manier in elkaar zetten en de gekoelde lucht door de processor zelf laten stromen?

Of een chemisch goedje onder de processor wat koel wordt op het moment dat de omgeving warmer wordt?

[Monochrome]

Ben bang dat die laatste suggestie toch echt ingaat tegen de wet van behoud van energie. Als warmte geproduceert wordt, zal deze afgevoerd moeten worden. Kouw 'produceren' kan niet, het is dan puur het snel afvoeren van alle warmte in een object of ruimte.

Ik zou wel willen wedden op supergeleidende schakelingen in processoren, waardoor er geen interne weerstand meer is -> geen warmte wordt gegenereerd.

Een stuk simpeler, en nu al technisch haalbaar, zou zijn om de pinnen niet meer aan de onderkant van de cpu te plaatsen maar aan de zijkanten. Wel een hoop pinnetjes, maar je kan dan wel beide zijden van de cpu koelen.

[Arrim]

Sterker nog, met een supergeleidende processor heb je geen powersource meer nodig. Dan hoef je het één keer 'aan te duwen' en daarna blijft het gaan. Dát is nog eens energiezuinig!

[Verwijderd]

Ehm... halfgeleiders zijn per definitie geen supergeleiders.

[Blue_Entharion]

En al helemaal geen Perpetuum mobile, iets wat met een klein beetje kracht eeuwig door kan gaan.

[mystic101]

Je hebt dan nog steeds een powersource nodig voor het kunnen schakelen. Dit kost namelijk energie. Hier kom je niet onderuit. Schakelen betekent namelijk een verandering in entropy, en deze verandering kost energie. Hoe je het ook wendt of keert.

[Verwijderd]

Ben dan toch een beetje benieuwd naar de bijbehorende waarden. Hoe groot is dit koelertje, en wat is het temp. verschil?

[Moby Dick]

Het Peltier-effect is op macro-schaal (dagelijkse toepassingen) erg inefficiënt, daarom gebruik je het alleen voor kleine temperatuurverschillen, en niet voor bv. je diepvries.
Is het op deze nano-schaal absoluut efficiënter, totaal niet, of alleen onder bepaalde voorwaarden (en welke zouden dat dan zijn)?

[coolkil]

waar gaat dit nou in de toekomst voor gebruikt worden?
kleinere CPU koelers?

[HerrPino]

misschien een koeler in de CPU ipv extern?

[NinjaTuna]

Voor kwantumcomputers i guess. Die kun je niet koelen met een ventilator, omdat ie veel te compact is. Dit is op atomaire (=nano) schaal, dus ik denk dat dit ook wel een oplossing biedt voor kwantumkoeling.

Niet dat ik er echt wat vanaf weet, maar dat kan ik er van maken.

edit: staat ook in de tekst zie ik nu:

De magnetisch schakelbare koeling zou ingezet kunnen worden om nano-elektronica te koelen

[Reactie gewijzigd door NinjaTuna op 26 juli 2024 23:23]

[masteriiz]

nano ≠ quantum

[TMoose]

Hmmm.. Zolang een peltier element stroom nodig heeft om een temperatuurgradient te forceren, lijkt mij uitschakelen van die stroom efficienter

[OddesE]

De stroom van de processor uitschakelen is natuurlijk inderdaad de meest efficiente koeling. Jammer dat hij dan niet zoveel rekenkracht meer heeft.

Fans verbruiken ook stroom maar dat noemt ook niemand als argument waarom ze niet goed zouden koelen.

[Arrim]

Dus zolang een koelkast een stekker nodig heeft, kun je 'm beter niet aanzetten?

[Rey Nemaattori]

Hmmm.. Zolang een peltier element stroom nodig heeft om een temperatuurgradient te forceren, lijkt mij uitschakelen van die stroom efficienter

Dat zou impliceren dat peltier-elementen uitgeschakeld efficiënter zouden zijn dan ingeschakeld?

[MadMarky]

Het is leuk dat ze de electronenspin kunnen beïnvloeden om dit effect te bereiken, maar wat is de meerwaarde achter dit concept?
Een regulier peltier element kan ook omgekeerd werken als je de stroom ompoolt en schakelt uit als de spanning eraf gaat. Precies hetzelfde effect als je het mij vraagt?

[OddesE]

Nano.

Het gaat hier om super kleine elementjes. Kleiner waarschijnlijk dan ze reguliere peltier elementen kunnen maken.

[Verwijderd]

Een samenwerkingsverband tussen onderzoekers van de Universiteit van Groningen

Die universiteit bestaat niet. Bedoel je misschien de Rijksuniversiteit Groningen?

[artificial_sun]

want een de Rijksuniversiteit is geen universiteit?

[Aham brahmasmi]

want een de Rijksuniversiteit is geen universiteit?

"Universiteit van Groningen" waarbij universiteit met hoofdletter geschreven word impliceert dat dat de naam van de universiteit is (net zoals de UvA, UU, etc.). De universiteit van Groningen wordt niet voor niet afgekort tot RUG; hun websiteadres is zelfs rug.nl.

[Gettow]

De term rijksuniversiteit is tegenwoordig vrij achterhaald

[Verwijderd]

Lijkt me erg gevoelig voor storingen.

[Dark Angel 58]

niet slecht... maar tot hoeveel graden wordt het gekoeld?