呂錫民
隨著新電子元件產生熱量的增加，奈米流體特性和微通道屬性的結合，儼然成為一項新興顯學，此一技術發展彰顯電子設備進一步小型化以及能量效率的提升。在本文中，作者將探討奈米流體在電子冷卻中的最近應用，包括液體塊類型、數值方法、奈米顆粒材料和能量消耗。此外，文章還介紹了使用奈米流體冷卻電子元件的一些典型案例。另一方面，未來研究機會以及該領域存在挑戰也同時介紹與討論。研究發現，在不同的液體塊和熱管中應用奈米流體作為新型冷卻劑可以在未來大大改善電子冷卻技術。
前言
儘管在過去幾年中有顯著增長，但電子工業和半導體技術仍然存在一些與產品冷卻相關的基本問題，例如，高性能和高熱通量。事實上，普通冷卻方法和傳統冷卻劑不能滿足高發熱電子晶片的冷卻要求，因此，高效電子器件特別需要高熱性能的新方法和冷卻劑，來分散其高度集中熱量，以達到預期效率和可靠性。長期分析調查數據顯示，使用液體冷卻劑的微通道冷卻系統是現代電子冷卻中最有效的方法。
另一方面，與常規冷卻劑相比，含有固體奈米顆粒的懸浮液（稱為奈米流體）表現出更強大的熱特性，不少研究人員進行奈米流體在不同領域的研究，如摩擦係數和奈米流體的對流傳熱、奈米流體在沸騰傳熱中的應用、奈米流體中的顆粒遷移、奈米流體中的質傳及奈米流體中的熵產生等等。一般研究結果顯示，奈米流體在傳熱系統中具有優異的特性。
此外，在液體塊中使用奈米流體也證明，與普通流體相比，新型懸浮液在電子冷卻方面表現更好。事實上，像微通道系統這樣的創新冷卻方法加上這些新型液體可以大大提高散熱效率，並且從而滿足高發熱電子設備的冷卻要求，因此，以奈米流體為基礎的液體塊是下一代電子冷卻裝置看好的候選者。
用於電子冷卻的奈米顆粒材料
迄今為止，已經有不少奈米顆粒摻合流體用於液體塊，氧化物奈米顆粒是該領域中使用最多的材料，在下文中，我們評估用於電子冷卻的此類材料。
1. 碳基奈米顆粒
含有奈米碳管（CNT）和石墨烯片的奈米流體已廣泛用於散熱器中的冷卻，這是因為它們具有優異的導熱性，因此可以產生非常好的冷卻性能。此處，值得一提的是，碳基奈米流體尤其能導致液體塊熱性能的顯著改善。然而，使用的基本挑戰在於它們在水性介質中穩定性較差，因為天生疏水性使然，因此不能分散在極性液體(如水)中。最近，研究人員為了改善這些奈米顆粒的分散性，透過酸處理官能化，讓這些奈米顆粒變得親水。需要注意的是，應用有機溶劑和強酸通常會造成環境污染、腐蝕和健康等問題，因此，使用具綠色和環保功能化方法非常重要。針對這方面的未來研究，學者應該對上述觀點予以重視，尤其是含有生物學產生的石墨烯奈米片奈米流體，因為其可視為電子冷卻上的合適候選者。
3. 磁性奈米顆粒
在奈米流體研究領域中，已有不少針對磁性奈米流體（MNFs）在進行，所謂MNF或鐵流體是指磁性奈米顆粒和非磁性基液的懸浮液，製備MNF的磁性奈米顆粒通常具有各種尺寸，並由金屬（鐵磁材料），如鈷、鐵、鎳等，以及其氧化物，如Fe3O4、尖晶石型鐵氧體等形成，這種奈米流體主要特性除了能夠增強傳熱特性外，同時具有普通液體可流動性和其他磁性材料磁性特徵，這種優異性能使其適用外部磁場的液體管理、熱交換和顆粒運動，因此，這些懸浮液在熱傳遞工程、生物工程等不同領域上具有很高的應用潛力---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
用於電子冷卻的不同奈米流體配置
散熱片由各種材料製成，具有很高的導熱性，如銅、鋁和矽（見圖1），透過不同材料組合，電子處理器連接缺陷可被消除。在下文中，我們分析並討論冷卻電子處理器的不同奈米流體結構。
圖一、用於製造散熱片的不同材料
1. 熱管
用奈米流體電子冷卻的另一項流行裝置是熱管，圖二顯示熱管的工作過程，該過程很容易在封閉金屬配置內產生相變熱傳遞。Wan等(2015)研究奈米流體的微型迴路熱管（mLHP）特性，尤其在電子冷卻應用方面，他們研究的奈米流體以銅奈米顆粒和純水製備，奈米流體代替純水，使得蒸發器壁溫和整體熱阻分別下降---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
電子冷卻中使用奈米流體的關鍵案例
在下文，我們將介紹使用奈米流體，進行電子設備冷卻的一些重要案例，它們針對該領域的未來發展，做出具體而微的評估---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。