پد حرارتی گرافن چیست و چگونه کار می کند؟

دوستان و همراهان مازستا، با یک مقاله آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. آیا می دانید که پد حرارتی گرافن چیست و چگونه کار می کند؟ آیا از تاثیر Graphene در خنک سازی قطعات سخت افزاری مطلع هستید؟ آیا می دانید که پدهای گرافن چگونه می توانند جایگزین موارد مشابه در خنک کننده ها شوند؟ برای پاسخ به تمام این سوالات و تبدیل شدن به یک حرفه ای در بخش خنک کننده ها، با مازستا همراه باشید.

سیستم های سخت افزاری امروز با ترکیبات خنک کننده سنتی و ارزان قیمت مشکلی نداشته و به خوبی به کار خود ادامه می دهند. اما می دانیم که همواره مواردی بهتر نیز وجود داشته و علاوه بر آن، می توان از یک ماده تخصصی با طول عمر و عملکرد بالاتر اشاره کرد. پدهای گرافن یا همان Graphene Thermal می توانند بهترین گزینه برای جایگزینی با خمیرهای سیلیکون یا خمیرهای حرارتی مرسوم باشد.

پد حرارتی گرافن چیست؟

پد حرارتی Graphene از خانواده موادهای Thermal Interface Material (TIM) بوده و نوعی خنک کننده به شمار می رود؛ هدف آن مشابه با خمیرهای سیلیکون و حرارتی بوده و خود قابلیت خنک کنندگی سنگینی ندارد؛ هدف اصلی گرافن انتقال بهتر حرارت بین تراشه و هیت سینک یا همان خنک کننده است. پدهای حرارتی گرافن از گرافن ساخته شده اند که آلوتروپ کربن است.

در نتیجه گرافن اساساً یک صفحه منفرد از اتم‌های کربن در ساختار شبکه‌ای شش ضلعی است که تنها یک اتم ضخامت دارد. مانند هر TIM دیگری، وظیفه پد حرارتی گرافن تضمین حداکثر تماس حرارتی بین یک جزء داغ، مانند CPU، و یک هیت سینک است.

چیزی که پدهای گرافنی را بسیار هیجان انگیز می کند، هدایت حرارتی عالی آنهاست. به عنوان مثال، گرافن TG-P100 دارای هدایت حرارتی افقی بسیار خوب 1500–1800W/Mk است. برای درک بهتر بد نیست بدانید که W/mK واحد وات بر متر کلوین است. همچنین رسانایی عمودی گرافن نیز 12W/mK است.

در مورد کامپیوترها، ما بیشتر به رسانایی عمودی اهمیت می دهیم، زیرا این جهتی است که گرما از یک قطعه به یک هیت سینک می رسد. با این حال، رسانایی حرارتی خمیرهای حرارتی غیرفلزی سنتی در حدود 4 تا 10 وات بر متر کلوین بالاتر است. در واقع، گرافن دارای رسانایی حرارتی نامحدود است، زیرا رسانایی آن با اندازه کاهش می یابد.

حالا که متوجه شده ایم که پدهای گرافن در برابر خمیرهای حرارتی و سیلیکون کنونی عملکرد دفع حرارت بهتری دارد، به مقایسه ای بین خمیرهای حرارتی و پدهای Graphene Thermal خواهیم پرداخت. شرکت گریزلی یکی از بهترین سازندگان پدهای حرارتی مبتنی بر گرافن است؛ در یک تست و آزمایش، پد Thermal Grizzly KryoSheet در کارت گرافیک AMD RX 7900 XTX جایگزین خمیر سیلیکون شده و پس از آن، تست ها نشان دادند که در بالاترین لودها، دمای کارت گرافیک 3 تا 5 درجه سانتی گراد کاهش یافت.

یکی از برتری های پدهای Graphene Thermal آن است که خشک نشده و همواره حتی در طول چند سال نیز قابل استفاده هستند. همچنین کار با آنها بسیار ساده تر از خمیرهای حرارتی است. اما یک نکته در اینجا بسیار حائز اهمیت است؛ مسئله اصلی این است که گرافن رسانای الکتریکی است، بنابراین اگر به درستی نصب نشود ممکن است باعث اتصال کوتاه شده و کامپیوتر شما را از بین ببرد!

آیا پدهای حرارتی گرافن و گرافیت/کربن یکسان هستند؟

هنگام خرید پدهای حرارتی با کیفیت بالا، با کربن، گرافن و گرافیت مواجه خواهید شد. برای درک بهتر به سراغ شیمی خواهیم رفت. کربن یک عنصر شیمیایی با نماد C و عدد اتمی 6 است. گرافن ورقه ای از اتم های کربن است که تنها یک اتم ضخامت دارد. گرافیت دسته ای از لایه های گرافن است که روی هم چیده شده اند. بنابراین، اصطلاح “پد حرارتی کربن” از نظر فنی می تواند به هرگونه استفاده از کربن در مواد اشاره کند. این شامل آلوتروپ های کربن، مانند گرافیت و گرافن، و همچنین پلیمرهای مبتنی بر کربن مانند Thermal Grizzly Carbonaut است.

Thermal Grizzly در جزئیات محصول خود برای پد گرافن KryoSheet توضیح می دهد که با شکستن لایه های گرافیت در امتداد صفحه پایه، پدهای گرافنی را ایجاد کرده است. با قرار دادن هر لایه گرافن به طور مستقیم روی سطح، ما یک ماده استثنایی رسانای حرارتی و الکتریکی به دست می آوریم. در یک پد گرافیتی، حرارت باید بین هر لایه گرافن منتقل شود تا زمانی که به یک هیت سینک برسد. اما با یک پد گرافن، گرما مسیر مستقیمی را برای گرما فراهم می کند تا به طور موثر در طول ساختار آن حرکت کند. از نظر تئوری، پدهای حرارتی گرافن در مقایسه با پدهای گرافیتی عملکرد بسیار بهتری دارند.

پدهای گرافن یا خمیرهای سیلیکون؟ کدام برای کامپیوتر ما بهتر است؟

پدهای Graphene Thermal دارای برتری هایی به نسبت خمیرهای سیلیکون هستند و همچنان در حال رشد بوده و در دنیای سخت افزار، در حال حاضر عمدتا به صورت حرفه ای مورد استفاده قرار می گیرد. برای استفاده از گرافن در خنک کننده ها، باید نکاتی را مورد توجه قرار داد؛ نخست قیمت بالاتر پدهای گرافن، دوم رسانا بودن آنها و سوم نصب دقیق. هیچ یک از این موارد در خمیرهای سیلیکون وجود ندارد.

اما رسانایی بسیار بهتر و طول عمر بسیار بالا با امکان استفاده مجدد نیز از ویژگی های گرافن هستند. پدهای Graphene Thermal پیروز میدان در برابر خمیرهای سیلیکون و حرارتی هستند. همچنین فلزهای مایع نیز برای کار مقداری خطرناک هستند و در نهایت نگرانی از بابت اتصال کوتاه نیز در مورد آنها صادق است.