Mikroprozessoren brauchen Flüssigkeiten gegen Hitze
Da die derzeit üblichen Kühlmitteltechnologien an ihre technischen Grenzen kommen, sind Berichte über Nanofluide mit überragenden thermischen Eigenschaften im Vergleich zu konventionellen Kühlmitteln von großen Interesse. Veröffentlichte Berichte über Leistungen im Labormaßstab geben eine Verbesserung um mehr als 40 % an. Die Mechanismen des Ganzen sind jedoch nicht klar. Wissenschaftler initiierten das weltweit größte Gemeinschaftsprojekt "Enhanced nanofluid heat exchange" (NANOHEX) zur Erforschung und Entwicklung von Nanofluid-Kühlmitteln, mit dem dieses Potenzial systematisch erkundet werden soll. Die Forscher konzentrierten sich auf Formulierungen zum Einsatz bei der Kühlung von Rechenzentren und Bahnstromelektronik. Mittels thermischer Tests an einer Vielzahl von Nanofluiden füllte man eine umfangreiche Datenbank (die größte bestehende überhaupt) und wählte zwei Nanopartikelarten (NP) für die weitere Entwicklung aus. Die Wissenschaftler präparierten und optimierten Dispersionen aus Siliziumkarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al2O3) in zwei verschiedenen Trägerflüssigkeiten (Wasser und Wasser/Ethylenglykol (EG)). Sie wiesen für die in Wasser/EG dispergierten Nanopartikel eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 20 % nach. Obgleich man auf der Grundlage der publizierten Laborergebnisse mehr erwartet hatte, ist diese Verbesserung gleichermaßen vielversprechend. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Zugabe von Nanopartikeln bedeutende Auswirkungen auf die Viskosität hat, was in der zukünftigen Forschung berücksichtig werden muss. Das Team entwickelte ein Bewertungsmodell zur Prognose der thermischen Leistung neuartiger Nanofluide unter Einsatz experimenteller Daten über Viskosität und Leitfähigkeit. Man stellte zwei Demonstrationseinheiten für jede Anwendung her und führte eine Lebenszyklusanalyse und Wirtschaftlichkeitsstudie durch. Die Resultate bewiesen, dass ein nanofluidgekühltes Rechenzentrum im Vergleich zur herkömmlichen Kühlung wichtige Vorteile für die Umwelt hat. Überdies zeigte die Simulation, dass Wasserkühlung die Rechenleistung eines Rechenzentrums mehr als verdoppeln kann und Nanofluide diese Leistung um weitere 10 % steigern können. Hier eröffnen sich wichtige neue Märkte für die Flüssigkeitskühltechnik. Obgleich die Nanofluidkühlmittel keinen Einfluss auf die Umweltauswirkungen von Bahnstromelektronik ausübten, konnten sie jedoch die Betriebslebensdauer der Wechselrichter deutlich erhöhen. NANOHEX-Modellierungen und experimentelle Resultate demonstrierten einen klar abgegrenzten Markt für Nanofluidkühlmittel. Besonders vielversprechende Ergebnisse gibt es im Bereich der Kühlung von Rechenzentren. Darüber hinaus werden die weltweit größte umfassende Datenbank der thermischen Nanofluideigenschaften zusammen mit den Simulationswerkzeugen eine enorme Bedeutung für die fortgesetzte Weiterentwicklung hochleistungsstarken und umweltfreundlichen Nanofluiden für Kühlanwendungen haben.