Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета первыми в России изучили свойства арсенида бора с примесями различных металлических сплавов. Они также создали новый композитный материал и экспериментально проверили его. Он может стать основой для теплоотводов для систем охлаждения различной техники и электроники. Она станет более производительной, надежной, энергоэффективной, унифицированной, продлится срок ее службы и не только. Исследователи также предложили модели компьютерного моделирования композитного материала на основе арсенида бора. Это позволит моделировать тепловые режимы будущего элемента электроники без создания прототипов. Об этом сообщает ТАСС.  

В мировой практике известны подобные исследования. Китайские и американские ученые работают над этой темой, однако тема использования арсенида бора в системах охлаждения остается открытой. Открытие пензенских ученых может сделать прорыв и открыть новое видение на терморегулирующий материал на основе химического соединения бора и мышьяка.

Разработка найдет широкое применение в радиоэлектронике, в высокопроизводительных устройствах — квантовых компьютерах, космической аппаратуре, аппаратуре военного назначения, в энергетической промышленности.

Системы охлаждения — неотъемлемая часть любой техники. Они обеспечивают отвод тепла от нагревающихся компонентов, тем самым предотвращают перегрев и продлевают срок ее службы.

Ежегодно техника становится более высокотехнологичной, ее внутреннее «наполнение» — ее компоненты также становятся более производительными, поэтому более «жаркими». Выделяется большое количество тепла, которое необходимо как можно быстрее отводить. Чем раньше — тем лучше, при негативном развитии сценария техника может выйти из строя.

В настоящее время в системах охлаждения эту функцию выполняют теплоотводы. Они отвечают за направление тепловой энергии от наиболее нагретых участков к окружающим.

Для изготовления теплоотводов и компонентов для радиаторов во всем мире используют различные материалы, в основном это алюминий и медь. Они обладают высокой теплопроводностью. Однако с мощностями современной техники эти металлы уже не справляются. Егор Вершинин рассказал, что также используют алмаз. Как известно, алмаз — один из самых дорогих минералов, поэтому его применяют в ограниченных областях, например в космической аппаратуре.

Научный коллектив кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры» Пензенского госуниверситета — канд. техн. наук, доценты Илья Рыбаков, Игорь Кочегаров, Алексей Гришко, аспирант Егор Вершинин, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Николай Юрков — готов предложить миру перспективный и недорогой материал, на основе которого можно создавать охлаждающие элементы, — арсенид бора (BAs). Новый композитный материал, созданный на его основе, обладает высокими свойствами теплопроводности и большой плотностью, близкими к алмазу. Кроме того, пензенские исследователи разработали математическую и имитационную модели, алгоритм оценки влияния внешних факторов на теплопроводящие свойства компонентов на его основе. Они предложили методику для исследования теплопроводящих свойств такого материала. Это позволяет моделировать тепловые режимы будущего элемента электроники без создания прототипов.

В ПГУ создали и при помощи компьютерного моделирования проверили шесть образцов охлаждающих компонентов на основе новой композитной структуры на основе арсенида бора: чистый BAs и BAs с примесями алюминия (Al), меди (Cu), железа (Fe) и серебра (Ag), шестой — BAs и четыре примеси ((Al), (Cu), (Fe), (Ag)).

Исследователи обращали внимание на изменение теплопроводности и плотности.

Самая большая теплопроводность (лучше всего отводящий тепло) у образца на основе арсенида бора и образца с примесью серебра. Остальные образцы, кроме шестого, также обладают преимуществом перед популярными компонентами на основе алюминия и меди.

Ученым удалось установить и то, что включение той или иной примеси в арсенид бора снижает его теплопроводность.

К тому же по плотности, по сравнению с другими металлами, арсенид бора уступает только алмазу. Композитные материалы на основе предложенного пензенским коллективом полупроводника наилучшим образом подходят для производства теплоотвода в микроэлектронике. Элементы с внедрением арсенида бора могут стабильно поддерживать заданный тепловой режим сложных высокотехнологичных компонентов.

По словам ученых, новый материал на основе арсенида бора может выступать самостоятельно в качестве охлаждающего элемента, а также допускается его внедрение в структуру другого теплоотвода. Такое решение повысит эффективность отвода тепла от нагретых и горячих зон.

Предложенные математическая и имитационная модели, алгоритм оценки влияния внешних факторов на теплопроводящие элементы и методика для исследования теплопроводящих свойств материала на основе арсенида бора эффективно оценят его применение в качестве теплоотвода для вычислительных систем.

Это также поможет более точно моделировать распределение температурных полей, улучшит тепловую стабильность элементов теплоотводов, позволит проводить анализ тепловых процессов на микроуровне.

Он заверил, такие результаты открывают новые перспективы для создания следующего поколения теплоотводящих систем с программируемыми характеристиками.

Использование арсенида бора в охлаждающих элементах существующей техники продлит ее работоспособность, увеличит надежность космической аппаратуры, аппаратуры военного назначения и бытовых приборов. А самое главное достоинство — возможность миниатюризации электронных компонентов при одновременном повышении их производительности.

Пензенские ученые одними из первых исследуют применение арсенида бора в электронной технике для улучшения ее теплопроводящих свойств и повышения эффективности теплоотводящих характеристик охлаждающей системы.

Научный коллектив ведет переговоры о сотрудничестве с предприятиями Пензенской области и некоторыми предприятиями России оборонно-промышленного комплекса.

Исследование продолжается. Оно поддержано грантом конкурса «Ректорские гранты ПГУ». На изобретение также получено государственное свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. Ученые продолжают отрабатывать технологию создания образцов на математической модели. Им удалось получить первые прототипы теплоотводов с новой композитной структурой на основе арсенида бора. 

В планах — применить разработку для создания перспективных квантовых компьютеров и заручиться финансовой поддержкой федерального конкурса «УМНИК».