Графен снизит температуру процессора на 25%

Да они и без них могут попробовать, если этот графен можно простым смертным достать.

Не свисти, средняя школа.

115 Градусов по Цельсиусу в статье - это 273 + 115 = 388 градусов по Келвину (абсолютная термодинамическая температура). Полученная с графеновым теплообменником температура в 15° Цельсиуса - это соответственно 291 Кельвин. Отнимаем, получаем разницу 388 - 291 = 97°. Теперь делим эту разницу на абсолютную температуру без графена: 97 / 388 = 0.25, т. е. абсолютная температура снижается ровно на четверть.

Именно абсолютная температура имеет значение, т. к. она определяет мощность теплового излучения.

При таких малых температурах и на воздухе обычно гораздо большее значение имеет конвекция в воздухе и передача тепла за счёт теплопроводности. Потери на излучение по сравнению с этим ещё малы:

W[Вт/кв см] = 5,67*(T/1000)^4 - это ещё для абсолютно чёрного тела. Для Т=500К это даст мощность излучения с одного кв. см (5,67/16) Вт - всего треть ватта.

Ну что ж, давайте разбираться численно. Итак отношение излучательного к конвективному потоку ф = сигма * ( Т^4 -Т_а^4) / (Nu * (Т - Т_а) * ламбда / d ),

где сигма постоянная Болтцмана 6.67е-8, Т абсолютная температура, Nu - число Нусселта, без вынужденной конвекции в районе 5..10, берем 10, Т_а - Температура амбиент=300К, ламбда - молекуларная теплопроводность неподвижного воздуха ~0.01, d - характеристическая длина для свободной конвекции, ~10см максимум в приборе.

Подставляем, получаем

ф = 113400 ( (Т/1000)^4 - 0.0081) / (Т-300).

Уже при температуре в Т=350К получаем результат 7, т. е. излучение с поправкой на эмиссивность будет где-то в 3 раза сильнее конвекции. При более высоких температурах, учитывая что Нуссельт растет примерно как Т^(1/3), Ф ~ Т^{8/3}.

А если включить вентилятор, Нуссельт конечно подскочит и конвекция может превысить, но далеко не все устройства обдуваются.

Откуда взялся множитель 113400 перед скобкой? А какие при вычислении размерности величин?

Все в системе СИ, множитель дотошно: 5.67е-8 * (1е3)^4 * / (5 * 0.01 / 0.1 ) = 5.67 / 5 * 10^5 = 1.134е5. Единственное отклонение от моей предыдущей легенды - я взял здесь Нуссельт по нижней оценке = 5, а не 10. С десяткой нетто-излучение было бы при данной температуре не в 7, а в 3 раза больше. Конкретный Нуссельт надо смотреть по геометрии, там есть различные вариации, но порядок величины верный. А вам зачем так точно, царю не верите?

Всё-таки уточним для порядка: постоянная Стефана-Больцмана сигма равна именно 5,67е-8 Вт/(кв м К^4), как я и написал, хотя на конечный вывод это не повлияет.

Учитывая, что у Вас получилось отношение излучательного и конвективного потока только 7, величины (н-р, теплопроводность) до порядка округлять не стоит, иначе можно ошибиться раз в 10-15, и вывод будет противоположный Вашему.

Теплопроводность воздуха при такой температуре и нормальном давлении по справочнику лямбда = 4е-4 Вт/(см К), - в 4 раза больше того, что Вы взяли. Разумный характерный размер до ближайшей железки я бы взял 1 см, а не 10 см, число Нуссельта Nu пусть будет 10, как у Вас. тогда отношение ф = 5,67 (350/1000) [Вт/кв см] / (10 4e-4 [Вт/(см К)] 50К/1 [см] =

= 0,0851/0,2 = 0,4

Вывод противоположный Вашему, особенно, если ещё учесть то, что излучательная способность радиатора обычно далеко не 1, как у абс. чёрного тела :-)

Короче, величины эти при температуре 350 К действительно одного порядка, и всё зависит от конкретных, не очень точно определяемых величин таких, как число Нуссельта, излучательная способность или характерная длина возд. промежу...

Не верю :-) Но перепроверил - только что отослал пост, только я считал на кв см, а не на кв м. Взял и правильное значение теплопроводности спокойного воздуха.

Я там забыл написать возведение в 4-ю степень в формуле Стефана-Больцмана, но цифры верные - я переписывал сюда уже со своей бумажки :-)

Бог подаст. Ступай отрок.

А зимой? :-)

Возможно, "вбок", от тепловыделяющх диодов и транзисторов микросхемы, на подложку?

Ну на подложку, и что? На самом деле отвод тепла производится снаружи процессора. Что там внутри - фиолетово.

Это вам фиолетово, а не чипу, в малом обьеме которого происходит генерация мощности с высокой плотностью, что ведет опять же только в его малом обьеме к высокой температуре, если не предпринимать никаких специальных конструктивных мер. Разумеется все генерированное тепло выводится в конечном итоге наружу. При этом чем меньше тепловое сопротивление, тем меньше будет превышать температура в максимуме в чипе наружную темпаратуру - второй закон тепловой диффузии Фика. При обычном дизайне главный отвод "из нутра" происходит по алюминиевым (реже по золотым) электропроводящим дорожкам, и этого бывает при высокой интеграции и частоте недостаточно. Отсюда потребность в графене как канале отвода тепла.

Просто равномернее по подложке будет распределяться тепло от точечных источников тепла, у них же температура на подложке выше. Но это я так предполагаю, тут считать надо, может, это не имеет практического значения.

Это все верно вообще. А в частности графен - это одноатомный слой графита. Я не специалист, но считаю, что одноатомный слой любого материала не обладает хоть как-то заметной теплопроводностью. Был бы это сверхпроводник, а вместо тепла электричество - все было бы понятно. Но какие механизмы позволяют устроить одноатомный тепловой насос? Гляньте на цифры - с 55 градусов до 13. Это уму непостижимо - где же испытания проходили, в холодильнике?

Размеры структуры в кремниевых чипах подбираются к отметке 20 нанометров. Постоянная кристаллической решетки порядка 5 ангстрем, или 0.5 нанометров. Это значит, что слой состоит в толщину только из 40 атомов. Если интегрировать в структуру чипа моноатомарный слой графена, то я вполне могу допустить, что сильнейшая теплопроводность графена будет достаточна для того, чтобы проводить фононы из 20 атомов кремния слева и 20 справа. Заметьте опять-таки, что теплоотвод через графен должен быть выполнен в таком случае не в виде одной или нескольких шин на чип, а производиться методом наподобие фотолитографии и/или ионной имплантации, чтобы "вставить" слой графена в каждый элемент чиповой логики.

Про 13 градусов я знаю из статьи точно столько же, как и вы, но допускаю, что холодильник имел место. В самых мощных графических чипах уже применяется контур воды как теплоноситель, ну а в лабораторных условиях и жидкий азот обычная практика. Первые суперкомпьютеры такие как крэй, и работали кстати с охлаждением жидким азотом.