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盧鴻智:奈米碳散熱與電熱技術的發明始末

本文共1523字

經濟日報 曹松清

在AI強大算力的需求下,一併帶起了散熱的需求,一般對於靜態的設備,例如伺服器與電腦桌機等,少了空間的限制,可以用主動式散熱;然而對於行動裝置,例如手機、平板與輕薄筆電等,因為空間、重量、安全與便攜性的考量,就只能用被動式散熱。

致力於跨領域公益創造的盧鴻智博士在2010年離開矽光子之後,他開始做消費性電子,而這領域散熱是關鍵,因此他著手開始相關研究。

石墨烯的高導電與高導熱,吸引了大眾的目光,然而這只存在於少層數與少晶格缺陷的條件下,才能有如此優越的性能,缺一不可,否則與石墨無異,然而製作的難度讓其比黃金還貴,限制了商業化,很多打著石墨烯名號的商品,根本就是石墨,或者占比稀少。

製作石墨烯過程當中會產生大量不良品,但畢竟是花資源做的,盧鴻智覺得這樣丟棄太可惜,他想加以利用,經過他的實驗發現,這些不良品雖然沒有好的導電與導熱,到底還是奈米碳,熱輻射一樣很優秀。

他首先應用到的商品是當時對散熱是一大瓶頸的LED上,得到很好的效果,於是在2013年申請並獲得美國專利US9170015,此專利雖然實施例是LED,但專利範圍並不以此為限,盧鴻智之後還發明了在電熱上的應用,稱之為奈米碳電熱技術。

對於被動式散熱,熱輻射起了關鍵作用,熱輻射要能夠發揮最大效能,好的熱傳導是必要條件,很多人誤以為外殼溫度高就是散熱不好,這可不一定,最主要還是要看熱源與外殼之間的溫度差,溫度差小,代表熱阻低,散熱管道通暢,反之就是散熱管道閉塞;熱傳導做得好,除了可以把更多的熱導到外部,而且熱輻射功率跟溫度的四次方成正比,溫度越高熱輻射越好,這也是盧鴻智後來發明奈米碳電熱技術的原因,高溫下的效益太優越了。

跟矽光子一樣,奈米碳散熱與電熱技術,他都有最理想的解決方案,也都無私公開,為公益不求回報,最佳實施例如圖一所示,此為採用奈米碳散熱技術的被動式液冷散熱器,因為解說需要,所以各部件設計得比較鬆散,實際應用會採最緊湊設計,圖一左是整體外觀圖,圖一右是截面圖,用來解說內部構造。

圖一,盧鴻智博士的被動式奈米碳液冷散熱器。 盧博工作坊/提供
圖一,盧鴻智博士的被動式奈米碳液冷散熱器。 盧博工作坊/提供

最下方的導熱板,下方貼著熱源,將熱源的熱傳導並熱交換到內部高導熱液體之中,透過內部特殊結構,增加導熱液與導熱板金屬的接觸面積,能夠最大化熱交換效率;承載著熱的導熱液流向上方的導熱板後,再透過此特殊結構將熱轉移到導熱板金屬,最後再熱交換到最上方的散熱器,此散熱器捨棄一般鰭片式構造,是因為鰭片散熱器不美觀而且扎手,改用蜂巢結構設計,除了美觀,觸感也好;在這之上還鍍上了奈米碳散熱膜,借高熱輻射效能來帶走熱。

另外,為了比較這些不合規的奈米碳家族: 例如石墨烯、奈米碳球、奈米碳管與類鑽碳等這四者之間熱輻射能力,以相同的設備,將純鋁板,分別鍍上這些碳家族的材料,以統一的標準來測試,另外加入了盧鴻智以特殊配方混料的奈米碳散熱材做比較。

熱輻射散熱能力測試結果,如圖二所示,熱平衡之後,純鋁無鍍膜約96度,奈米碳家族,彼此差異甚小,溫度約在86度,盧鴻智的奈米碳混料是最低的,溫度約在81度,可以證明在實際使用上,奈米碳材都能提供優秀的熱輻射散熱。

圖二,奈米碳家族的熱輻射能力測試圖。 盧博工作坊/提供
圖二,奈米碳家族的熱輻射能力測試圖。 盧博工作坊/提供

由於現在科技產品走向,與生態環保相違背,他在無奈之下,在2018年繼矽光子之後,也離開了散熱與電熱領域。

舉例來說,鋰電池、CPU與GPU都是大熱源,卻都內建在一起,CPU與GPU基於高速傳輸需求必須緊靠,但鋰電池不用,明明可以外掛,甚至磁吸,既方便又安全,也不會有續航焦慮,更不用拖著行動電源這個大尾巴,可是現實卻是把這三大熱源抱團取暖擠在一起,除了縮短鋰電池壽命,還容易膨脹與起火。

盧鴻智表示,地球如果毀了,再尖端的科技都無用,雖然他發明了這些科技的商用化,且都是原創者,為了理想與信念,無私奉獻不覺可惜,仍持續在生態友好的科技與藝術的公益創造努力不懈。

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