Сажа на службе овеклокеров: новый тип термопасты

Начав недавно погружение в основы термодинамики, мы выяснили, что одним из решений узких мест современных термоинтерфейсов может быть переход на новые технологии, обеспечивающие более плотное прилегание контактных поверхностей. Одним из возможных путей улучшения контакта поверхностей может быть пайка при помощи нанометаллической фольги, однако использовать этот метод могут только производители чипов на этапе прикрепления теплорассеивателя к кристаллу. Рядовым пользователям, и оверклокерам в частности, достается совсем иной фронт работ – обеспечение плотного прилегания поверхности радиатора к теплораспределителю. Для достижения оптимальных результатов полировке подвергаются контактные поверхности радиатора и реже – теплораспределителя.

Термопаста в этом аспекте также играет важную роль: с одной стороны, термопаста должна обладать необходимой консистенцией, чтобы заполнить микронеровности и улучшить теплопроводность соединения. С другой стороны, свойства теплопроводности самой пасты должны быть максимально высокими.

Получается, что перед производителями термопаст встает выбор: либо предусмотреть достаточно пластичный состав с мелкими частицами, легко заполняющими микронеровности; либо сместить баланс в сторону теплопроводности, ведь известно, что твердые тела быстрее передают тепловую энергию, чем жидкости. Что же можно предпринять, чтобы улучшить свойства современных термопаст, которые в современном своем состоянии могут отличаться в цене в разы, но демонстрировать примерно сопоставимые результаты?

Одно из возможных решений было обнаружено нами на сайте ZZZ Online, находящемся в доменной зоне ".ru", но вещающем на английском языке. Наши коллеги изучили научную работу доктора Деборы Чунг, посвященную разработке термопасты нового поколения. Итак, рассмотрим основные положения этой инновации.

Автор изобретения предлагает использовать в качестве термоинтерфейса смесь, состоящую из мелкодисперсного порошка угольной сажи, этиловой целлюлозы и полиэтиленгликоля. В вопросах химии я всегда был откровенно слаб, хотя и изучал курс органической химии на английском языке. По этой причине желающие подробно вникнуть в ход эксперимента по выявлению идеального термоинтерфейса могут обратиться собственно к научной статье (формат MS Word, 644 Кб).

Нам более важным кажется достижение конкретных результатов эксперимента. Прежде всего, определимся с оцениваемыми показателями. Для сравнения свойств различных термоинтерфейсов автор использовала показатель удельной теплопроводности. Попросту говоря, удельная теплопроводность отображает количество теплоты, проходящее через единицу площади. Измеряется эта величина в Вт/(м2*°С), то есть в "ватт на метр квадратный на градус Цельсия". Величина, обратная произведению удельной теплопроводности на площадь контактной поверхности, как раз является тепловым сопротивлением, измеряемым в °С/Вт. Последний показатель вам знаком по характеристикам производительности кулеров, поскольку некоторые сайты оценивают ее именно в единицах теплового сопротивления.

Для примерного представления о соотношении удельной теплопроводности и теплового сопротивления рассмотрим следующий пример. Тепловое сопротивление лучших воздушных кулеров составляет где-то 0.25-0.28 °С/Вт. В ходе эксперимента доктора Чунг использовались две круглых медных полированных пластины диаметром 12.6 мм и толщиной 1.16 мм и 1.10 мм соответственно. Между ними наносился слой термоинтерфейса не более 25 мкм, а затем пластины подвергались давлению в 0.46 МПа, 0.69 МПа и 0.92 МПа. Так вот, для самого лучшего результата в 30*104 Вт/(м2*°С) и указанных условий тепловое сопротивление составило бы 0.026 °С/Вт. Это в десять раз меньше (то есть лучше) характеристик лучших кулеров! Конечно, кулер не может быть столь эффективен в тепловом отношении, как слой термопасты, но эффективность рассмотренных составов не вызывает сомнений.

Рассмотрим таблицу с результатами замеров удельной теплопроводности для различных материалов:

Мы видим, что результат рассмотренной смеси на основе угольной сажи превосходит достижения всех конкурентов, даже такой дорогой и наукоемкой "пасты", как угольные нанотрубки. Даже используемый в пресловутой нанофольге никель не выдерживает никакой конкуренции. Важно отметить, что на эффективность термопасты во многом влияют такие свойства, как пористость и сжимаемость. Они позволяют добиваться лучшего заполнения микронеровностей с увеличением давления. По этой причине слишком мелкие частицы основного наполнителя не всегда оказывают положительный эффект на свойства термопасты. Пресловутые нанотрубки не обладают сжимаемостью, поэтому с увеличением давления их эффективность не возрастает.

Кстати, стоит сказать пару слов о давлении. Читатели указанного в начале статьи сайта подсчитали, что обычный радиатор для процессора Athlon XP 2400+ при правильной установке оказывает давление порядка 0.95 МПа. Таким образом, большинство современных кулеров выиграет от использования термопасты на основе сажи. Между прочим, используемый в эксперименте порошок получается из промышленного угля, используемого для армирования резины. По этой причине простые "дары недр" для аналогичных целей не подойдут.

У предлагаемого состава имеется один недостаток – используемые при производстве органические соединения являются токсичными веществами. Нельзя сказать, что компоненты той же КПТ-8 абсолютно безвредны для здоровья, и её можно с равным успехом наносить на бутерброды, но некоторую осторожность при использовании предлагаемого состава соблюдать придется.

И еще. Не надо думать, что начало массового производства подобной термопасты разом устранит все "узкие места" тепловых интерфейсов. Этот состав сможет лишь сможет преодолеть один из существующих барьеров, а проблемных мест в охлаждении процессоров и чипов от этого меньше не станет. Так что революция пока откладывается :)...

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал
рейтинг: 4.4 из 5
голосов: 10

Возможно вас заинтересует

Сейчас обсуждают