Theo định luật Wiedemann-Franz tuyên bố rằng các chất dẫn điện tốt thì cũng sẽ là chất dẫn nhiệt tốt. Với yêu cầu sử dụng các thiết bị sử dụng nhiều điện năng hơn cũng kéo theo một vấn đề về sinh nhiệt độ trong quá trình hoạt động. Một trong những vật liệu được nhiều người mong muốn sẽ tạo ra sự khác biệt cho vấn đề này đó là vật liệu Dioxide Vanadi (VO2). Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về vật liệu dẫn điện Dioxide Vanadi và những ứng dụng của chúng.
Các Linh Kiện Điện Tử Trở Nên Quá Nóng?
Theo định luật như đã kể trên thì các máy móc hiện đại khi sử dụng nhiều điện thì đồng thời cũng sẽ sinh ra nhiều nhiệt độ. Nhiệt độ càng tăng thì kéo theo việc tốn thêm năng lượng cũng như việc làm chiếc máy của bạn chậm lại. Chính ví lý do đó mà các hệ thống làm mát lại được nhiều người chú ý.
Một ví dụ đơn giản dễ thấy đó là trong các thiết bị máy tính của bạn, có lẽ không quá khó để nghe được tiếng quạt tản nhiệt phát ra âm thanh như một chiếc máy bay phản lực khi nó hoạt động mạnh. Các linh kiện điện tử trong máy tính gần như bị đốt cháy.
Trong hầu hết các cách tản nhiệt thì việc sử dụng quạt để lưu thông không khí làm mát là phổ biến, tuy nhiên cách này cũng không thực sự hiệu quả. Đặc biệt tại các hệ thống máy chủ lớn (như các trang trại đào Bitcoin) thì một lượng nhiệt khổng lồ được sinh ra, hệ thống càng lớn thì hệ thống làm mát càng lớn.
Một ví dụ khác có thể kể đến đó là việc quản lý nhiệt độ liên quan đến thám hiểm trong không gian có sự tham gia của con người. Nhiệt dư thải ra khiến chính những phi hành gia như đang bị nấu chin trong chính chiếc tàu của họ, không có phương tiện để trốn thoát. Trong trường hợp có cháy bùng phát thì cũng rất có phương tiện để thoát khỏiHoặc đám cháy bùng phát trong không có g-không có phương tiện để trốn thoát.
Mặc dù chúng ta có những hệ thống làm mát mà thông hơi bằng chất lỏng, tuy nhiên các công nghệ này cũng có mắc nhiều hạn chế. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ra phải tìm một giải pháp khác.
Dioxide Vanadi (VO2)
Vanadi dioxide là một hợp chất lưỡng tính vô cơ màu xanh lam đậm, có sự chuyển pha rất gần với nhiệt độ phòng.
Đặc tính cách nhiệt của chúng khá đáng chú ý bởi VO2 có thể chặn ánh sáng hồng ngoại và nhiệt nhưng không chặn ánh sáng nhìn thấy.
Tính chất độc đáo này của VO2 đã làm cho chúng trở thành một vật liệu được tìm kiếm nhiều. Chúng ta dần thấy chúng xuất hiện nhiều hơn trong xe hơi và máy bay, thiết bị điện tử. Khi tốc độ đô thị khóa ngày càng tăng, biến đổi khí hậu càng mạnh dẫn đến nhiệt độ tăng cao và nhanh hơn bình thường thì khả năng làm mát trong các căn hộ càng được nhiều người chú ý hơn, đặc biệt là các nước nhiệt đới.
Một đặc tính thú vị nữa của Vanadi dioxide có khả năng chuyển từ chất cách điện trong suốt sang kim loại dẫn điện ở nhiệt độ 67 độ C.
Về mặt sản xuất, Vanadi Dioxide tương đối rẻ tiền để sản xuất bởi nhiệt độ nóng chảy khá thấp (chỉ bằng 1/10 điểm nóng chảy của nhôm)
Tương Lai Của Vật Liệu Dẫn Điện
Mặc dù nhiệt độ thấp để sản xuất là điều giúp Vanadi Dioxide rất ấn tượng, nhưng điều thực sự khiến nó trở nên thú vị đó là chúng dẫn điện mà không tạo ra bất kỳ nhiệt thải nào (Điều này hoàn toàn mâu thuẫn với luật Wiedemann-Franz ở đầu bài, tuy nhiên thực tế lại cho thấy những kết quả rất khác.)
Với khả năng dẫn điện không sinh nhiệt thì VO2 sẽ giúp giải quyết vấn đề nhiệt thải như đối với hầu hết mọi thiết bị điện trên thế giới. Hầu như nếu được áp dụng, hầu hết các ngành công nghiệp sẽ được hưởng lợi.
Giải quyết được các vấn đề làm mát sẽ giúp thiết bị và máy móc trở nên an toàn hơn mà hiệu quả hơn. Năng lượng bị lãng phí vì nhiệt sẽ được chuyển thành nhiều điện hơn, điều đó có nghĩa là chúng sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn.
Không cần sử dụng các hệ thống làm mát giúp cho các hệ thống máy rẻ hơn. Ví dụ như các máy chơi game hạng nặng chẳng hạn, chúng ra sẽ không cần một hệ thống làm mát khổng lồ như trước nữa
Tương tự vậy, các trang trại máy chủ lớn sẽ không cần các máy điều hòa không khí tốn kém và lãng phí (hoặc phải lựa chọn xây dựng ở những nơi lạnh tự nhiên)
Xét về tương lai xa hơn của chúng ta ở ngoài vũ trụ sẽ giúp chúng ta giảm thiệu được các rủi to về nhiệt độ cho con người.
Kết hợp các bóng bán dẫn với oxit vanadi có thể tạo ra quần áo thông minh mà không làm bỏng người sử dụng. Các ứng dụng trong quốc phòng như tạo ra các bộ giáp được cung cấp năng lượng cũng được quân đội nhiều nước nghiên cứu.
Tác động đến biến đổi khí hậu
Một ứng dụng tích cực khác của việc đưa vanadi oxit vào các thiết bị điện sẽ làm giảm đáng kể nhiệt thải ra môi trường đồng thời giảm tiêu thụ điện năng của toàn cầu.
Các hệ thống làm mát hầu như sẽ biến mất, do vậy chúng ta cũng không tốn thêm chi phí để vận hàng các hệ thống làm mát này nữa.
Ít thành phần hơn có nghĩa là cần ít nguyên liệu thô hơn và ít năng lượng hơn để tạo ra chúng, điều này làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon trên mỗi đơn vị.
Việc giảm tiêu thụ năng lượng làm giảm lượng khí thải CO2 là điều vô cùng bức hiện tại thời điểm mà thế giới đang đứng trước thảm họa khí hậu.
Vanadi oxit không thể giải quyết tất cả các vấn đề về năng lượng và khí hậu, tuy nhiên chúng sẽ góp phần không nhỏ vào việc giảm các bộ phận cần thiết, giảm tiêu thụ năng lượng và giảm nhiệt thải ra. Theo dòng chảy của sự phát triển thì đây là một bước tiến đúng hướng của nhân loại.
>> Tìm hiểu các bài viết tin tức khác tại Linh Kiện Điện Tử 3M.
