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  近年來，微型集成電路和電子芯片已成為科技發(fā)展的重要組成部分。隨著它們集成度的不斷提高，其總功耗呈指數(shù)上升。在多核芯片中，單個(gè)核的異常發(fā)熱會(huì)直接影響其他核甚至整體的運(yùn)算能力，這意味著局部異常發(fā)熱會(huì)使芯片熱管理變得更加困難。在當(dāng)前電子產(chǎn)品的所有故障中，由異常發(fā)熱造成的損壞超過了55%。當(dāng)電子芯片溫度接近70-80 °C時(shí)，其性能每升高2 °C就會(huì)降低~10%。因此，電子芯片的精準(zhǔn)控溫日益成為影響電子工業(yè)發(fā)展的重要因素。

圖1點(diǎn)陣式主動(dòng)電卡制冷薄膜的制備及表征

  近日，南開大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬儒軍教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種高效的點(diǎn)陣式電卡(Electrocaloric, EC)制冷器件，可以有效地針對(duì)多核芯片的局部異常發(fā)熱問題進(jìn)行主動(dòng)精準(zhǔn)控溫。通過三乙胺(Et₃N)化學(xué)改性，在P(VDF-TrFE-CFE)骨架上引入了C=C雙鍵，降低了偶極翻轉(zhuǎn)的能壘。同時(shí)，Ba_0.6Sr_0.4TiO₃納米粒子的摻入進(jìn)一步提高了材料的EC性能和導(dǎo)熱系數(shù)，并更適用于高頻率下的熱傳導(dǎo)和靜電驅(qū)動(dòng)效果(圖1)。

圖3精準(zhǔn)控溫電卡制冷器件的熱管理應(yīng)用。

  本設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣式EC冷卻器件尺寸僅為5×7×0.4 cm³，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)針對(duì)多核芯片溫度差異化的熱管理需求。EC器件中的每個(gè)制冷像素點(diǎn)可以獨(dú)立或協(xié)調(diào)工作，響應(yīng)時(shí)間僅為1 ms。在相同的條件下，本設(shè)計(jì)的EC制冷器件能夠?qū)⒛MCPU(NO:CT-JRP, 5V/2W)的表面溫度穩(wěn)定地抑制在59.1°C。在冷卻性能上與CPU風(fēng)冷散熱器相當(dāng)，并且遠(yuǎn)優(yōu)于桌面風(fēng)扇(圖3)。這種結(jié)構(gòu)緊湊、可嵌入、高性能、點(diǎn)陣式EC制冷器件為主動(dòng)、精確定位和溫度差異化熱管理提供了靈活的策略，在微電子過熱保護(hù)方面具有很大的應(yīng)用潛力。

  該工作以“An active pixel-matrix electrocaloric device for targeted and differential thermal management”為題發(fā)表在《Advance Materials》上。論文第一作者為博士生白培加，通訊作者為馬儒軍教授，該研究得到了國家自然科學(xué)基金委以及科學(xué)技術(shù)部的資助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209181