Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ổ đỡ dùng vật liệu nano cho quạt tản nhiệt trong máy tính

Để tiến hành đề tài, các kiến thức mới về vật lý, hóa học cần được ứng dụng sáng tạo vào công nghệ chế tạo máy, đặc biệt là nghiên cứu vật liệu, bề mặt chi tiết, chất bôi trơn...dùng cho

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Trang 2

CBHD : TS.Dương Minh Tâm HV: Thái Hồng Kỳ

2 TS.Trương Quốc Thanh- Thư ký Hội đồng;

3 PGS.TS.Trần Doãn Sơn- Ủy viên;

4 PGS.TS.Nguyễn Hữu Lộc- Ủy viên;

5 TS.Dương Minh Tâm- Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Trang 3

PGS.TS.Đặng Văn Nghìn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : THÁI HỒNG KỲ MSHV : 11280408

Ngày, tháng, năm sinh : 19/06/1981 Nơi sinh : Hà Tĩnh

Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Mã số : 605204

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ổ đỡ dùng vật liệu nano cho quạt

tản nhiệt trong máy tính

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS.Dương Minh Tâm

Nội dung và yêu cầu của Luận văn Thạc sĩ đã được Hội đồng Chuyên ngành thông

qua

Tp HCM, ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS Dương Minh Tâm

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS.Đặng Văn Nghìn

PGS.TS Trần Thiên Phúc

Trang 4

Tặng Mun, con gái yêu của ba

Trang 5

LỜI CÁM ƠN

Để đạt được những thành công như ngày hôm nay, ngoài những nỗ lực của bản thân, bên cạnh đó còn có những nguồn động viên rất lớn Sự hỗ trợ về mặt chuyên môn, tinh thần là những yếu tố hết sức mạnh mẽ Tôi xin đặc biệt chân thành cám ơn tới người thầy của tôi PGS.TS.Đặng Văn Nghìn (Viện phó Viện cơ học và tin học ứng dụng), người đã cho tôi một thế giới quan về khoa học, định hướng cho tôi tới những khám phá mới mà trước đây tôi chưa biết tới, tạo tiền đề cho những thành công của tôi trong luận văn này Đặc biệt trân trọng cám ơn thầy

của tôi TS.Dương Minh Tâm (Phó trưởng ban Quản lý Khu Công nghệ Cao TP.Hồ

Chí Minh), một người thầy đã cho tôi một thế giới quan sâu sắc về lĩnh vực mới- lĩnh vực nano, qua đó không chỉ học được từ thầy cách nhìn nhận đối xử với khoa học mà còn giữa con người với thế giới vạn vật Thầy đã truyền cho tôi cảm hứng trong nghiên cứu để tới thành công mặc dù làm khoa học là một con đường gian nan, đầy thử thách Một thế giới với đầy thử thách nhưng cũng đẹp vô cùng Trong những lúc tưởng như bế tắc thì những hướng dẫn của thầy đã làm tôi tìm sáng một hướng đi để giải quyết vấn đề Và người thầy tôi đặc biệt trân trọng gửi lời cám ơn PGS.TS.Nguyễn Văn Hiếu (Trưởng Khoa vật lý điện tử- Trường Đại học khoa học

tự nhiên- Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh), thầy đã truyền cho tôi thế giới quan

về mô phỏng, không những mô phỏng về vĩ mô mà còn thế giới vi mô, trong đó công nghệ nano là một thế giới hết sức đặc biệt

Để có được những kết quả thực nghiệm không thể không kể đến các bạn ở Trung tâm Nghiên cứu và phát triển-Khu Công nghệ cao TP Hồ Chí Minh, các bạn

đã nhiệt tình hỗ trợ để cho những kết quả tốt nhất Xin gửi lời cám ơn đến toàn thể các bạn ở PTN nano lời cám ơn chân thành

Đối với tôi, các anh chị em đồng nghiệp tại Phòng Nghiệp vụ 1-Trung tâm

kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 (QUATEST 3), những người mà tôi xem như là các anh chị em mình, gia đình mình, là những người đã hỗ trợ cho tôi những điều kiện tốt nhất có thể, trong công việc lẫn học tập để đi tới thành công

Trang 6

Xin chân thành cám ơn tới các ba mẹ tôi, những người đã cho tôi hình hài và khôn lớn, những người đã cho tôi một người vợ để yêu thương, những người đã hy sinh thầm lặng và luôn sát cánh cùng tôi trong những lúc khó khăn, tưởng chừng như không vượt qua được Xin cám ơn tới các anh chị tôi, những người đã động viên, cho tôi động lực để đi trên con đường đến thành công

Gửi tới vợ tôi lời yêu thương sâu sắc, người luôn cạnh tôi trong những lúc khó khăn từ khi học đại học cho tới bây giờ, đồng hành cùng tôi với những buồn vui lẫn lộn Chia sẽ những thất bại và thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống Người đã cho tôi một thiên thần Và cuối cùng tôi muốn những thành công này sẽ có con bên cạnh, gửi lời yêu thương tới con gái, người đã cho tôi một động lực hết sức to lớn, đã cho tôi thấy nghị lực phi thường cần phải vượt qua Con đã vượt qua được những giai đoạn khó khăn nhất, nghiệt ngã nhất để tồn tại và đã thấu hiểu tình thương của ba mẹ Cám ơn vì con có trên đời

Trang 7

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ 9

LỜI MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO VÀ QUẠT TẢN NHIỆT 13 1.1 Tổng quan về công nghệ vật liệu nano 13

1.1.1 Khái niệm về công nghệ nano 13

1.1.2 Các phương pháp xây dựng cấu trúc vật liệu cấp độ nano 19

1.1.3 Phân loại vật liệu nano: 21

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano ở Việt Nam 22

1.3 Tổng quan về các dòng quạt tản nhiệt cho máy tính và ứng dụng của ổ đỡ nano 23

CHƯƠNG 2: QUẠT TẢN NHIỆT VÀ KẾT CẤU Ổ ĐỠ 27

2.1 Giới thiệu về nhiệt trong máy tính: 27

2.1.1 Sự phát sinh nhiệt trong máy tính 27

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng 28

2.1.3 Các phương pháp tản nhiệt trong máy tính 28

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO CHO Ổ ĐỠ 37

3.1 Trục quạt 37

3.1.1 Tính chọn phương án kết cấu trục 37

3.1.2 Vật liệu 40

3.2 Vật liệu dùng cho ổ lót trục; 40

3.3 Khảo sát một số vật liệu bôi trơn ổ đỡ nano 41

3.3.1 Ống cacbon nano (CNT) 41

3.3.2 Giới thiệu về TiO2 (titan đioxit) kích thước nanomét 52

Trang 8

3.4 Nam châm dùng cho ổ đỡ nano 58

3.4.1 Nam châm có cấu trúc nano thiêu kết: 58

3.4.2 Nam châm đất hiếm 59

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP VÀ NGUYÊN LÝ TẠO RA VẬT LIỆU NANO DÙNG TRONG CHẾ TẠO MÁY 64

4.1 Các phương pháp xây dựng cấu trúc 64

4.1.1 Phương pháp Sol-gel 64

4.1.2 Phương pháp Micelle và Micelle ngược 64

4.1.3 Phương pháp Sol 65

4.1.4 Phương pháp thủy nhiệt 66

4.1.5 Phương pháp Solvothermal 67

4.1.6 Phương pháp oxi hóa trực tiếp 67

4.1.7 Lắng đọng hơi hóa học (CVD) 67

4.1.8 Lắng đọng hơi vật lý (PVD) 67

4.1.9 Sự kết tủa bằng điện 68

4.1.10 Phương pháp Sonochemical 68

4.1.11 Phương pháp vi sóng 68

4.1.12 Phương pháp Sulphat 69

4.1.13 Phương pháp Clo (Phương pháp hơi) 69

4.1.14 Phương pháp Alkoxit 70

4.1.15 Phương pháp nghiền bi năng lượng cao và mài mòn cơ khí [4] 70

4.1.16 Chế tạo nano bằng phương pháp khắc 72

4.1.17 Chế tạo ống cacbon nano bằng phương pháp phóng điện hồ quang

(arc-discharge): 74

4.2 Những kỹ thuật và dụng cụ được dùng để nghiên cứu và phân tích trong công nghệ nano 75

4.2.1 Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) 75

4.2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 77

4.2.3 Kính hiển vi nhiễu xạ tia X (XRD) 82

4.2.4 Máy huỳnh quang tia X (Máy XRF) 84

Trang 9

CHƯƠNG 5: LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO Ổ ĐỠ TRỤC DÙNG

VẬT LIỆU NANO 87

5.1 Chế tạo trục 89

5.1.1 Đo kích thước 89

5.1.2 Quy trình công nghệ chế tạo 92

5.1.3 Kết quả đo bề mặt trục 98

5.1.4 Lý thuyết về phương pháp đo lực ma sát sử dụng máy AFM 101

5.2 Phân tích vật liệu bôi trơn 103

5.2.1 Chất bôi trơn dạng rắn bằng ống cacbon nano đa thành (MWNT) 103

5.2.2 Mô phỏng động học phân tử về các thức ma sát của ống cacbon nano trong các hướng chuyển động khác nhau 107

5.2.3 Kết quả đo khảo sát kích thước của dung dịch bôi trơn nanoflux: 114

5.3 Nam châm: 116

5.4 Kết cấu ổ lót trục: 116

5.5 Thử nghiệm quạt tản nhiệt đã được chế tạo: 117

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 120

6.1 Kết luận: 120

6.2 Kiến nghị hướng phát triển: 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

PHỤ LỤC 1: Kết quả đo kích thước trục 126

PHỤ LỤC 2: Bản vẽ trục 128

PHỤ LỤC 3: Kết quả đo bề mặt trục-Trục trên thị trường (AFM) 129

PHỤ LỤC 4: Kết quả đo bề mặt trục-Trục được chế tạo tại Việt Nam (AFM) 131

PHỤ LỤC 5: Kết quả thử nghiệm vật liệu trục 133

Trang 10

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các dạng kích thước vật liệu 13

Hình 1.2: Minh họa kích thước so sánh của a) các vật trong tự nhiên và

b) những sản phẩm mà con người đã làm được 14, 15 Hình 1.3: Màu sắc của các nguyên tử Au, Ag tương ứng với các kích cỡ

Hình 1.4: Các mối quan hệ của công nghệ nano tới các nghành khác

Hình 1.5: Vật liệu nano dạng hạt và thanh 21

Hình 1.6: Vật liệu nano dạng dây và ống 22

Hình 1.7: Vật liệu nano dạng tấm 22

Hình 1.8: Mô phỏng ổ đỡ nano 25

Hình 1.9: Mô hình ổ đỡ dùng vật liệu nano 26

Hình 1.10: Hình ảnh quạt tản nhiệt dùng ổ đỡ nanoflux 26

Hình 2.1: Quá trình tản nhiệt trong máy vi tính 28

Hình 2.2: Cấu trúc quạt và ổ đỡ 33

Hình 2.3: các lực xuất hiện khi bề mặt xét ở kích thước nano 34

Trang 11

Hình 2.4: Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt theo

Hình 2.5: Giọt nước trên bề mặt lồi lõm:

(a) dạng Wenzel và (b) dạng Cassie 36 Hình 3.1: Sự sắp xếp các orbital, lớp graphen và CNT 44

Hình 3.2: Các dạng của ống cacbon nano 45

Hình 3.3:

i) Định dạng của ống cacbon nano từ lá graphit ii) Cấu trúc ống cacbon nano với dạng fullerence iii) Phân tử fullerence C60

45

Hình 3.4:

Quá trình hình thành của ống cacbon nano

(a) Các hạt xúc tác nano kim loại

(b) Nguyên tố cacbon chồng chập phát triển thành ống, đồng thời nâng hạt kim loại lên

Hình 3.8: Hình khối bát diện của TiO2 55

Hình 3.9: Phân bố thị trường nam châm vĩnh cửu trên thế giới năm

Hình 3.10: Ô nguyên tố trong cấu trúc tinh thể của hệ hợp chất SmCo5 62

Hình 4.1: Mô hình quá trình nghiền cơ học 74

Trang 12

Hình 4.2: Mô hình máy AFM 78

Hình 4.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy TEM 81

Hình 4.4: Cấu tạo của súng phóng điện tử 82

Hình 4.5: Minh họa định luật Braggs 86

Hình 4.6: Minh họa máy XRF cầm tay 89

Hình 5.1: Phân loại hệ số ma sát 92

Hình 5.2: Máy phóng hình đo lường PJ 3000 93

Hình 5.3: Các bộ phận và chi tiết của máy PJ 3000 94

Hình 5.4: Máy tiện Model DL 6T 101

Hình 5.5: Cấp liệu cho quá trình tiện 101

Hình 5.6: Máy mài vô tâm 102

Hình 5.7: Hình ảnh máy AFM Agilent 5500 103

Trang 13

Hình 5.11: SEM của MWNTs phân tán 110

Hình 5.12: Hệ số ma sát đối với lớp phủ MWNT không phân tán 111

Hình 5.13: Hệ số ma sát đối với lớp phủ MWNT phân tán 111

Hình 5.14: Mối quan hệ giữa hệ số ma sát với chiều dày lớp bôi trơn 112

Hình 5.15: Mô hình động học các hướng trượt của hai bề mặt khi có

Hình 5.16: Mối quan hệ giữa đầu trượt với 1 nguyên tử (CNT) ở hướng z 115

Hình 5.17: Mối quan hệ giữa đầu trượt với dịch chuyển nguyên tử

Hình 5.18: Mối quan hệ giữa CNT với hai bề mặt tiếp xúc khi chịu tác

dụng của a) lực 3,4 nN và b) lực 32,6 nN 117 Hình 5.19: Hệ số ma sát với trường hợp nhiều ống CNT khi có lực ứng

Hình 5.20: Hệ số ma sát của CNT đơn với lực tác dụng ở các hướng

Hình 5.21: Mối quan hệ giữa hệ số ma sát với CNTs không phân tán với

các lực tác dụng khác nhau trong các hướng khác nhau 120 Hình 5.22: Ảnh TEM của dung dịch nanoflux

a) độ phân giải 500 nm và b) độ phân giải 100 nm 121 Hình 5.23: Kết quả đo độ từ hóa 122

Hình 5.24: Tốc độ quạt khi bắt đầu hoạt động 124

Hình 5.25: Tốc độ quạt khi hoạt động ổn định 124

Trang 14

Trang 15

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ

AFM Atomic Force Microscop

CNT Carbon Nanotube

CNC Computer Numerical Control

CPU Central Processing Unit

CVD Chemical Vapor Deposition

DLC Diamond like carbon

DNA Deoxyribonucleic acid

DWNT Doublewalled Carbon Nanotubes

FFV Friction Force Value

GPU Graphics Processing Unit

HRTEM High-Resolution Transparent Electron

Microscopy

MD Molecular Dynamic

MEMS Microelectromechanical systems

METAS Federal Office of

Metrology-SWITZERLAND MWNT Multiwalled Carbon Nanotubes

Trang 16

NEMS Nanoelectromechanical systems

PVD Physical Vapor Deposition

SEM Scanning Electron Microscope

XRD X-ray Diffraction

XRF X-ray Fluorescense

TEM Transmission Electron Microscopy

NRAM Nano Random-Access Memory

PEMFC Proton Exchange Membrance Fuel Cell PTFE Polytetrafluoroethylene

SFF Small Form Factor

SPM Scanning Probe Microscopy

STM Scanning Tunneling Microscope

SWNT Single-wall Carbon Nanotube

Trang 17

LỜI MỞ ĐẦU

Vật liệu và công nghệ nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu trọng điểm sôi động nhất hiện nay Điều đó thể hiện qua số lượng ngày càng tăng nhanh các công trình nghiên cứu khoa học, các phát minh sáng chế, số các công ty có liên quan tới khoa học và nhất là sự đầu tư bài bản và mạnh mẽ từ các quốc gia trên thế giới

Đây là một lĩnh vực nghiên cứu hết sức mới mẻ vì ví tính ưu việt của nó khi đối tượng nghiên cứu có kích thước nằm giữa phạm vi ứng dụng của thuyết cơ học lượng tử và cơ học cổ điển Đặc biệt ở vùng kích thước từ 1 nm đến 100 nm gọi là miền kích thước nano hoặc là miền kích thước trung gian (mesoscopic size region) [1] Hệ thống đối tượng nghiên cứu nằm trong dải kích thước này thường được gọi

là hệ thống trung gian Tính chất của hệ thống này rất phụ thuộc vào kích thước của đối tượng, nó có thể tuân theo một số định luật cổ điển khi kích thước đủ lớn và khi kích thước càng nhỏ dần thì một số hiệu ứng lượng tử ngày càng nổi trội lên, các hiệu ứng bề mặt cũng có vai trò đặc biệt quan trọng như: ma sát, bôi trơn, ăn mòn

và kết dính Như vậy, kích thước của đối tượng nghiên cứu trong công nghệ nano có vai trò quyết định tới rất nhiều tính chất của chúng Kích thước nói đến ở đây là kích thước độ dài miền tích cực của đối tượng chứ không phải là kích thước bất kỳ nào đó

Vật liệu và công nghệ nano đã và đang được nghiên cứu và cũng đã được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như: y-sinh học và thuốc chữa bệnh, điện tử nano, hệ thống vi cơ điện và nano cơ điện, môi trường đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí, chế tạo khuôn mẫu nano đã được ứng dụng Việc tiếp tục nghiên cứu về các tính chất cơ học như ma sát, bám dính, ăn mòn và bôi trơn trong cấu trúc nano nhằm làm tăng thêm tính ứng dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy nói riêng và

cơ khí nói chung Đồng thời với tốc độ phát triển nhanh của khoa học công nghệ thì việc tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và áp dụng các công nghệ tiên tiến để cho ra đời các sản phẩm có tính ưu việt là điều cần phải làm trong giai đoạn hiện nay

Trang 18

Mặt khác, với mong muốn ứng dụng khoa học và công nghệ nano vào lĩnh vực chế tạo máy Việc nghiên cứu chế tạo ổ đỡ dùng vật liệu nano và nghiên cứu các cơ chế như ma sát, bôi trơn, ăn mòn và bám dính ở kích thước nano nhằm góp phần làm mở rộng thêm là hết sức cần thiết

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ổ đỡ sử dụng vật liệu nano trong máy tính” thuộc lĩnh vực mới và tiên tiến nhất của khoa học công nghệ chế tạo máy Để tiến hành đề tài, các kiến thức mới về vật lý, hóa học cần được ứng dụng sáng tạo vào công nghệ chế tạo máy, đặc biệt là nghiên cứu vật liệu, bề mặt chi tiết, chất bôi trơn dùng cho nguyên lý hoạt động của một loại ổ trục đặc biệt, vận hành theo tính chất ưu việt của vật liệu nano

Trang 19

QUẠT TẢN NHIỆT

1.1 Tổng quan về công nghệ vật liệu nano

1.1.1 Khái niệm về công nghệ nano:

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước của các hạt và vật liệu trên quy mô từ 1 đến 100 nanomét (1 nm = 10-9m) (hình 1.1)

Các vật thể kích cỡ micro (kích thước cỡ 1 phần triệu mét) được sử dụng rộng rãi nhưng không gây nhiều kích động hay có được các tính chất kỳ lạ, đặc biệt như các vật thể kích cỡ nano Nguyên nhân là vì các vật thể kích cỡ micro về cơ bản có những tính chất tương tự như vật liệu kích cỡ lớn Còn ở kích cỡ nano, các tính chất

cơ bản của vật liệu tùy thuộc vào kích thước, hình dạng và thành phần một cách khác lạ so với bất cứ kích cỡ nào khác Như vậy, chúng ta có thể nói kích cỡ nano là một dạng khác của sự nhỏ bé

Sự phụ thuộc của các tính chất vào kích thước là nguyên nhân giúp cho các vật thể kích cỡ nano có tiềm năng ảnh hưởng đáng kể trong cả hai lĩnh vực khoa học và công nghệ

Hình 1.1: Các dạng kích thước vật liệu

Trang 20

a)

Trang 21

Hình 1.2: Minh họa kích thước so sánh của a) các vật trong tự nhiên và b)

những sản phẩm mà con người đã làm được

(Nguồn:

http://science.energy.gov/~/media/bes/images/scale-of-things-26may06.jpg)

b)

Trang 22

Quãng đường tán xạ spin 10 ÷ 100

Tính chất quang

Giếng lượng tử 1 ÷ 100

Độ dài suy giảm 1 ÷ 100

Độ sâu bề mặt kim loại 10 ÷ 100 Tính chất siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1 ÷ 100

Độ thẩm thấu Meissner 1 ÷ 100

Tính chất cơ

Tương tác bất định xứ 1 ÷ 1000 Biên hạt 1 ÷ 10 Bán kính bắt đầu có sự biến dạng 1 ÷ 100 Sai hỏng ngầm 0,1 ÷ 10

Độ nhăn bề mặt 1 ÷ 10 Tính chất xúc tác Hình học tôpô bề mặt 1 ÷ 10

Tính chất siêu phân tử

Độ dài Kuhn 1 ÷ 100 Cấu trúc nhị cấp 1 ÷ 10 Cấu trúc tam cấp 10 ÷ 1000 Tính chất miễn dịch Nhận biết phân tử 1 ÷ 10

Rất khó có thể tiên liệu tới kích thước nào thì một vật liệu đặc trưng sẽ chuyển

từ các tính chất thuộc kích cỡ lớn sang các tính chất thuộc kích cỡ nano Thềm chuyển tiếp khác nhau tuỳ theo từng vật liệu và từng tính chất Chẳng hạn như vàng

ở kích cỡ nano thay đổi màu dọc theo suốt dải kích cỡ nano (hình 1.3), nhưng các tính chất xúc tác phụ thuộc vào kích thước của vàng chỉ thay đổi nhiều khi mà kích thước xuống tới dưới 5 nanomét

Lịch sử nghiên cứu, ứng dụng vật liệu cấp độ nano và công nghệ nano bắt đầu

từ bài phát biểu nổi tiếng của nhà bác học về nguyên tử và cơ học lượng tử Richard Feynman vào năm 1959 tại California Institute of Technology (Caltech, Mỹ) “

Trang 23

There is plenty room at the bottom” (Có một lĩnh vực nghiên cứu mênh mông ở đáy kích cỡ nhỏ) Từ đó, đã khai sinh ra ngành khoa học và công nghệ nano, được đánh giá là ngành chủ yếu tác động thay đổi tiến bộ khoa học công nghệ thế kỷ thứ 21

Hình 1.3: Màu sắc của các nguyên tử Au, Ag tương ứng với các kích cỡ khác nhau.

Công nghệ nano có thể phân làm hai lĩnh vực áp dụng chính: công nghệ chế tác nano và công nghệ vật liệu nano Công nghệ chế tác nano là các phương pháp gia công, chế tác tạo hình vật thể ở cấp độ kích thước dưới 100 nanomét

Công nghệ vật liệu nano là ngành kỹ thuật áp dụng các vật liệu và tính chất kích cỡ nano vào việc giải quyết một vấn đề hay phục vụ một mục đích

Mỗi khi các tính chất phụ thuộc kích thước của một vật liệu đặc trưng được phát hiện thì cánh cửa lại mở rộng cho những phương cách mới để sử dụng vật liệu

ấy Những áp dụng mới cũng có thể trở thành khả thi vì các vật thể kích cỡ nano hết sức nhỏ bé nên có thể đưa vào trong một môi trường (như cơ thể con người chằng hạn) mà không sợ gây tổn thương Sử dụng các tính chất đặc biệt xảy ra ở kích cỡ nano để phát triển các kỹ thuật mới được gọi là kỹ thuật nano

Kỹ thuật nano nhắm vào ba lĩnh vực sau đây:

- Phát triển những dụng cụ mới để đo đạc và ngành hóa học mới để sản xuất các cấu trúc cực kỳ thu nhỏ

- Nhận diện các thay đổi vật lý và hoá học xảy ra ở kích cỡ nano

- Sử dụng các thay đổi vật lý và hoá học ở kích cỡ nano để triển khai những kỹ thuật mới

Trang 24

Kỹ thuật nano mở cho chúng ta một đường hướng hoàn toàn mới để chế tạo và nghiên cứu các vật liệu và thiết bị trong mọi ngành khoa học và công nghệ Kỹ thuật nano đang được khai thác trên toàn cầu và thu hút các nhà nghiên cứu thuộc

đủ mọi ngành nghề như hoá học, vật lý, khoa học vật liệu, công nghệ, sinh học, y học Nhiều ứng dụng của kỹ thuật nano đã được đưa vào thị trường, một số ứng dụng khác đầy hứa hẹn đang trong vòng nghiên cứu

Như được trình bày ở hình 1.4, khoa học và công nghệ nano là một hoạt động nghiên cứu liên ngành đặt trên cơ sở của các môn học cổ điển và những thành quả nghiên cứu sẽ trực tiếp tác động trở lại đến các bộ môn này [2]

Hình 1.4: Các mối quan hệ của công nghệ nano tới các nghành khác nhau

Ở thời điểm hiện tại, cấu trúc nano là cấu trúc bị động (passive nanostructure), các vật liệu được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ Ở thế hệ thứ hai, chúng ta mới chỉ đang tiến vào, giới thiệu cấu trúc nano chủ động (active nanostructure) thực hiện nhiều nhiệm vụ, ví dụ như thiết bị truyền động, dụng cụ phân phối thuốc và cảm biến Thế hệ thứ ba xuất hiện quanh năm 2010 và đề cao hệ thống nano (system of nanosystem) với hàng nghìn cấu tử tương tác Một vài năm tới, hệ thống nano được tích hợp đầu tiên (Molecular nanosystems) hoạt động giống như tế bào động vật với các hệ thống có thứ bậc trong các hệ thống được mong đợi sẽ phát triển

Trang 25

Công nghệ ảnh hưởng đến nền kinh tế, những dạng tiên tiến của công nghệ nano sẽ tác động quan trọng vào hầu hết mọi lĩnh vực công nghiệp và xã hội Nó sẽ đem đến những cấu trúc tốt hơn, tuổi thọ lâu hơn, sạch hơn, an toàn hơn và những sản phẩm thông minh hơn

Sự tăng trưởng theo cấp số mũ của công nghệ nano không chỉ cho phép tạo ra những sản phẩm chất lượng cao với giá thấp mà còn cho phép tạo ra những “xưởng sản xuất quy mô nano” (nanofactories) mới với cùng một chi phí thấp và cùng một tốc độ nhanh Khả năng độc nhất để tái sinh những phương tiện sản xuất của chính

nó là lý do tại sao kỹ thuật nano được ví như là một công nghệ sinh đôi theo cấp số

mũ (trong nghĩa bao hàm giống như quy trình tự tổng hợp chuỗi DNA mới trong cơ thể động vật) Nó giới thiệu một hệ thống sản xuất có thể sẽ tạo ra nhiều hệ thống sản xuất hơn- những nhà máy có thể xây dựng những nhà máy nhanh hơn, rẻ hơn và sạch hơn Các phương tiện sản xuất có thể tái sinh theo cấp số mũ, vì vậy chỉ trong một vài tuần một vài “xưởng sản xuất quy mô nano” có thể trở thành hàng tỉ xưởng khác Đó là một công nghệ cách mạng, biến đổi, hùng mạnh và tiềm tàng lợi nhuận cao hoặc nguy hiểm cũng cao

1.1.2 Các phương pháp xây dựng cấu trúc vật liệu cấp độ nano [13]:

Có hai phương pháp tiến tới việc xây dựng các cấu trúc: đó là phương pháp

“đi từ trên xuống” (top-down) và phương pháp “đi từ dưới lên” (bottom-up)

- Phương pháp “đi từ trên xuống”:

Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano) Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng

Trang 26

cực lớn (có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc (LIGA) để tạo ra các cấu trúc nano

- Phương pháp “đi từ dưới lên”: các nhà nghiên cứu tìm cách xây dựng những hệ thống lớn và phức tạp hơn bằng cách ghép từng phân tử một vào với nhau Trong phương pháp này, các phân tử được thiết kế và tạo thành làm sao để chúng có thể tự ráp lại với nhau một cách tự động khi có kích động vật lý hay hoá học

Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion Phương pháp

từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý

Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phóng điện hồ quang ) Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano

Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

Trang 27

Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

1.1.3 Phân loại vật liệu nano:

Vật liệu nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích thước nanomét

a- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều

tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano (hình 1.5)

Hình 1.5: Vật liệu nano dạng hạt và thanh [20]

b-Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều bị khống chế), ví dụ: dây nano, ống nano, (hình 1.6)

Hình 1.6: Vật liệu nano dạng dây và ống [20]

Nanoparticle Nanorods

Nanowires Nanotubes

Trang 28

Các nhà khoa học nước ta cũng đã đạt được một số thành công trong việc tạo ra các ứng dụng của công nghệ nano Các nhà khoa học ở Trung tâm Nghiên cứu và triển khai (Khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh) đã đạt được những thành tựu quan trọng trong việc áp dụng công nghệ nano như: thiết kế chế tạo thành công Bio-chip để chẩn đoán vi khuẩn, tác nhân sinh hóa trong đó đã chế tạo thành công

Trang 29

lớp phủ nano vàng phân bố đều đạt tiêu chuẩn rất cao, ống cacbon nano (CNT) Các nhà khoa học thuộc Viện Vật lý ứng dụng và Thiết bị Khoa học và Phòng thí nghiệm công nghệ nano- Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh đã ứng dụng màng nano TiO2 để chế tạo thành công một loại sơn "tự làm sạch", diệt khuẩn Trung tâm Nghiên cứu và triển khai hợp tác với Viện công nghệ nano California đã sản xuất thành công các đầu quét kính hiển vi nguyên tử lực (AFM tip) đính ống than nano đơn thành để tăng độ nét khảo sát Quan trọng hơn, Viện Vật lý ứng dụng và Thiết

bị Khoa học công bố chế tạo thành công Kính hiển vi đầu dò quét hình (SPM) - thiết bị thuộc loại cao cấp nhất được chế tạo tại nước ta, với giá thành rẻ hơn nhiều

so với sản phẩm nhập ngoại Bước đột phá này đã mở rộng đường cho ngành công nghệ nano - sinh học phân tử của Việt Nam

1.3 Tổng quan về các dòng quạt tản nhiệt cho máy tính và ứng dụng của ổ đỡ nano

1.3.1- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng sản xuất với nhiều chủng loại quạt tản nhiệt khác nhau, với nhiều tính năng ưu việt: tốc độ cao, độ ồn thấp, khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt về thời tiết thõa mãn nhu cầu khách hàng Một số hãng sản xuất với các chủng loại quạt tản nhiệt khác nhau sử dụng các kiểu ổ đỡ như:

- Ổ đỡ kiểu ống (Sleeve bearing): sử dụng hai bề mặt được bôi trơn bởi dầu hay mỡ như là một bề mặt tiếp xúc ma sát Ổ đỡ kiểu này thường có độ ổn định và

độ bền thấp vì bề mặt tiếp xúc có thể trở nên khô, thậm chí có thể bị hỏng Trường hợp này thường bị lỗi tại nhiệt độ làm việc cao Tuổi thọ làm việc trung bình của loại này khoảng 40.000 giờ tại nhiệt độ 50 Â°C Ổ đỡ này thường có giá rẻ hơn các loại ổ bi tròn, và khi làm việc ở tốc độ thấp thì êm hơn nhưng cùng với sự gia tăng thời gian làm việc thì độ ồn cũng sẽ tăng lên

- Ổ đỡ kiểu rãnh (Rifle bearing) giống như ổ đỡ kiểu ống, nhưng êm hơn và hầu như có tuổi thọ giống ổ đỡ bi tròn Loại này có kết cấu rãnh xoắn ốc để lấy nguồn bôi trơn từ bơm dòng

Trang 30

- Ổ đỡ sử dụng bi tròn, có tuổi thọ lâu hơn và đặc biệt làm việc ổn định ở nhiệt

độ cao Khi làm việc với vòng quay lớn, độ êm thể hiện rõ hơn so với ổ đỡ kiểu ống Tuổi thọ làm việc vào khoảng 63.000 giờ tại nhiệt độ 50 Â°C

- Ổ đỡ chất lưu có ưu điểm rất lớn đó là làm việc rất êm và tuổi thọ cao như mong muốn Tuy nhiên, những quạt có ổ đỡ loại này thường đắt

- Ổ đỡ từ tính, thường được đẩy từ ổ đỡ bởi hiện tượng từ tính

1.3.2- Giới thiệu ổ đỡ nano:

Khảo sát ổ đỡ sử dụng vật liệu nano trong luận văn này liên quan tới việc nghiên cứu tiến trình chuyển động tương tác giữa các bề mặt tiếp xúc với các dạng bôi trơn, mài mòn, bám dính và ma sát Cụ thể là hai bề mặt, trục (được làm bằng thép) và ổ lót trục (được làm bằng nhựa )

Mục đích chính của việc tạo ra ổ đỡ nano chủ yếu nghiên cứu về trạng thái bôi trơn và ma sát

Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng ma sát ở kích thước nano này thường tiến về tới không, tức không có ma sát

Những khái niệm, định nghĩa, qui tắc về ma sát, bôi trơn, mài mòn và bám dính ở cấp độ nano hoàn toàn khác so với nghiên cứu các dạng vật chất ở cấp độ vĩ

mô

Chính vì lẽ đó việc nghiên cứu là một thách thức, đòi hỏi phải có hệ thống lý thuyết vững vàng và công cụ hỗ trợ hiện đại, các công cụ ở đây là các máy được trang bị trong các phòng thí nghiệm như: AFM, SFF, SFA, STM, MEMS, NEMS

Trang 31

Hình 1.8: Mô phỏng ổ đỡ nano

Mô hình ổ đỡ dùng vật liệu nano: [15]

Hình 1.9: Mô hình ổ đỡ dùng vật liệu nano

Trang 32

Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất loại quạt tản nhiệt với ổ đỡ nano kiểu này, trong đó hãng Gelid Solution đã thành công hơn cả và có đăng ký bảo hộ về vật liệu nano được phát minh áp dụng vào kết cấu ổ đỡ quạt, sau đây là một số hình ảnh và thông số chính của quạt (hình 1.10, bảng 2):

Hình 1.10: Hình ảnh quạt tản nhiệt dùng ổ đỡ nanoflux

Bảng 2: Các thông số kỹ thuật của quạt [15]

Áp suất tĩnh (mmAq) 2,05 2,15 1,925

Khối lượng (g) 68 75 120

Trang 33

CBHD : TS.Dương Minh Tâm

nhiệt trong máy tính:

sinh nhiệt trong máy tính [14]

dụng điện năng đều phát ra nhiệt bởi nhi

n dẫn điện năng trong vật dẫn Nói một cách

a các electron hỗn loạn trong kim loại va đập vào các nút m

ệt năng Mọi thiết bị đều dùng dây dẫn tín hi

bán dẫn khác cũng sinh ra nhiệt khi làm việc

phát sinh nhiệt trong các linh kiện máy tính nói riêng và thi

là điều không mong muốn Mặt khác khi nhi

ng nhất định thì các linh kiện này hoạt động không

ng hệ thống (treo máy) hoặc hư hỏng

c phần cứng máy tính, hiện nay chưa có các thi

ợi, gia tăng hiệu năng khi nhiệt độ thiết bị

ại cảm biến đo nhiệt độ phải làm việc vớ

Hình 2.1: Quá trình tản nhiệt trong máy vi tính

p vào các nút mạng trong cấu

n tín hiệu điện bằng kim

nói riêng và thiết bị vi mạch

t khác khi nhiệt độ tăng lên đến

Trang 34

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng

Yếu tố ảnh hưởng nhất đối với mọi hình thức tản nhiệt là nhiệt độ môi trường trong không gian chứa các máy tính cần tản nhiệt Nếu như môi trường làm việc thường xuyên xung quanh một máy tính có nhiệt độ cao (ví dụ thường xuyên ở

350C đến 400 C) thì cần xem xét tính toán lại các cách tản nhiệt cho máy tính đó để đảm bảo quá trình làm việc ổn định lâu dài

Các hình thức tản nhiệt có thể phát ra tiếng ồn ra môi trường làm việc của máy tính và con người làm việc với nó Nếu chỉ làm việc với một thời gian ngắn thì các loại tiếng ồn có thể ảnh hưởng ở mức độ thấp mà người sử dụng thường có thể không chú ý đến Nhưng nếu thường xuyên làm việc với máy tính hoặc trong một không gian làm việc có nhiều máy tính cá nhân cùng hoạt động và phát tiếng ồn lớn (hoặc làm việc lâu tại thời điểm tĩnh lặng ban đêm) thì sẽ thấy sự tiếng ồn phát ra từ các máy tính sẽ ảnh hưởng một phần đến con người và làm giảm hiệu suất làm việc

Do đó mọi thiết kế tản nhiệt của máy tính được tính toán đến giảm độ ồn đến tối

thiểu

2.1.3 Các phương pháp tản nhiệt trong máy tính [14]

Mục đích của việc tản nhiệt trong máy tính là có thể truyền nhiệt độ từ một linh kiện phát nhiệt đến môi trường xung quanh Quá trình tản nhiệt chỉ đạt mục đích khi lượng nhiệt sinh ra tại linh kiện phát nhiệt cân bằng với nhiệt lượng thoát

ra môi trường ở một nhiệt độ nhất định của linh kiện phát nhiệt

a- Tản nhiệt tự nhiên

Tản nhiệt tự nhiên là phương pháp nói chung nhất cho mọi thể loại tản nhiệt

theo hình thức không can thiệp bằng quạt hoặc các hình thức khác

Hình thức đơn giản nhất của tản nhiệt tự nhiên là: Để nguyên linh kiện mà không can thiệp Hình thức này thường được sử dụng đối với một số bo mạch chủ

các thế hệ trước đây khi không gắn tản nhiệt cho các chipset cầu nam

Gắn một phiến tản nhiệt bằng kim loại có khả năng tản nhiệt tốt cũng là phương pháp tản nhiệt tự nhiên Tuy nhiên xét một cách kỹ lưỡng thì có thể không

Trang 35

coi là tản nhiệt tự nhiên bởi chúng có thể được lợi dụng một số luồng gió được định

hướng bên trong vỏ máy tính

Mọi hình thức còn lại ngoài tản nhiệt tự nhiên có thể được coi là tản nhiệt cưỡng bức Tản nhiệt cưỡng bức là hình thức tác động trực tiếp vào thiết bị, linh kiện cần tản nhiệt để làm hạ nhiệt độ của chúng khi làm việc Nói chung mọi hình thức tản nhiệt bên trong vỏ máy tính đều được tản nhiệt một cách cưỡng bức bởi khối không khí di chuyển trong thùng máy tính hoàn toàn theo sự cưỡng bức Tuỳ từng thể loại tản nhiệt cưỡng bức mà chúng được đặt tên thể loại riêng đặc trưng để

tránh tạo thành thể loại quá rộng

b- Tản nhiệt dùng quạt

Tản nhiệt dùng quạt là một hình thức tản nhiệt cưỡng bức Thể loại này sử dụng các quạt nhỏ để lưu chuyển một luồng không khí từ phía sau của quạt đến phía

trước chúng nhằm tản nhiệt cho các thiết bị

Tản nhiệt dùng quạt là phương thức tản nhiệt thông dụng và rẻ tiền nhất trong các phương pháp tản nhiệt cưỡng bức Chỉ cần sử dụng các quạt gắn lên thiết

bị hay linh kiện cần tản nhiệt và kết nối vào các đầu cắm nguồn của máy tính

- Chipset cầu nam

- Vỏ máy tính: Sử dụng tản nhiệt cho toàn bộ hệ thống, một số quạt có thể bố trí tại vị trí phía trước thùng máy, hai bên hông và phía sau thùng máy Vỏ máy tính còn có khả năng lợi dụng sự tản nhiệt dùng quạt của nguồn máy tính để lưu thông

một lượng không khí lớn ra khỏi thùng máy

c- Tản nhiệt dùng chất lỏng

Trang 36

ngay ở cả một số quốc gia có nhiệt độ môi trường thấp

d- Tản nhiệt dùng các môi chất đặc biệt,

Phương pháp tản nhiệt dùng các môi chất đặc biệt thường không được sử dụng thường xuyên ở các máy tính, bởi giá thành của các môi chất này thường rất đắt

Phương pháp này thường chỉ sử dụng trong các cuộc trình diễn hoặc khi lập các kỷ lục về overclock, cách sử dụng thường mang tính thủ công (không tự thực hiện trong toàn bộ quá trình làm việc lâu dài với máy tính), phải thường xuyên chú

ý và có các biện pháp thực hiện đặc biệt

Phương pháp tản nhiệt dùng môi chất có nguyên lý dựa trên một tính chất của chất lỏng – chất lỏng lạnh đi khi bay hơi– đây cũng là nguyên lý của các máy làm lạnh trong đời sống khi làm giãn nở đột ngột một chất lỏng bằng các máy nén Không giống như vậy, phương pháp dùng dung môi này dựa trên tính chất bay hơi

nhanh của một số môi chất đặc biệt để làm lạnh các thiết bị cần hạ nhiệt

Thường thấy nhất là phương pháp tản nhiệt bằng nitơ hoá lỏng Trong một số trường hợp thì nitơ hoá lỏng có thể hạ nhiệt độ tức thời xuống nhiệt độ âm rất sâu,

do đó có thể làm mát ngay lập tức các thiết bị toả nhiều nhiệt

e- Tản nhiệt bằng máy lạnh;

Đây là một phương pháp tản nhiệt đắt tiền đối với một máy tính, tuy nhiên nếu xét trong phạm vi lớn như datacenter, phòng chứa thiết bị mạng đầu - cuối viễn thông, chúng lại thường xuyên được sử dụng Hầu hết các phòng chứa các hệ thống

Trang 37

máy tính lớn, máy chủ đều được làm mát xuống nhiệt độ thấp để tản nhiệt cho các

hệ thống đó Nó là một phương pháp cần thiết để tránh sự nóng lên của các khối

không khí trong các phòng lớn, gian chứa các máy chủ

f- Kết hợp mọi phương pháp tản nhiệt;

Khi muốn tản nhiệt cho toàn bộ một hệ thống máy tính một cách tối ưu nhất, không gây ồn lớn khi làm việc, cần sử dụng mọi hình thức tản nhiệt một cách hợp lý

ngay từ khâu thiết kế vỏ máy tính

Như vậy so với các phương pháp tản nhiệt khác, hiện đang phổ biến trên thị trường thì phương pháp dùng quạt tản nhiệt phổ biến nhất hiện nay, vừa mang lại

tính kinh tế và hiệu quả đáp ứng được yêu cầu tản nhiệt cho máy tính

Hiện nay xu hướng chọn tản nhiệt cho máy tính thường dùng quạt vì vừa mang tính kinh tế, vừa thuận tiện trong việc lắp ráp cũng như hiệu suất tản nhiệt của chúng Chính vì vậy chọn quạt là đối tượng nghiên cứu mang tính phổ biến, tính kinh tế, kết cấu đơn giản và yếu tố chính là có kết cấu ổ đỡ phù hợp với nghiên cứu

ở cấp độ nhỏ đồng thời làm tiền đề cho nghiên cứu các dạng ổ trượt lớn hơn được ứng dụng rộng rãi ngành máy xây dựng cũng như cơ khí

Cấu tạo quạt tản nhiệt:

Cấu trúc quạt tản nhiệt bao gồm những chi tiết như sau (hình 2.2):

Trang 38

Hình 2.2: Cấu trúc quạt và ổ đỡ

Hệ stator được gắn cố định trên khung quạt, có hệ thống điện và dây quấn,

khi cấp điện sẽ tạo thành một sức điện động tác động lên hệ rotor

Trên vành trong của cánh quạt có gắn một lớp nam châm vĩnh cữu tạo thành một hệ rotor Khi stator được cấp điện lập tức sẽ có lực từ đẩy nam châm quanh

vòng của quạt quay, làm cho cả hệ thống cánh quạt và trục quay

Cánh quạt được lắp chặt với trục, một đầu trục tiếp xúc điểm với viên bi, và toàn bộ trục sẽ được lắp trong ổ lót trục Giữa trục với ổ lót trục có khe hở, khi đó giữa hai bộ phận sẽ không tiếp xúc với nhau sẽ làm giảm tiếng ồn, đồng thời tốc độ quay có thể tăng lên Tùy theo cách xử lý giữa hai bề mặt: trục và ổ trục thì sẽ có những cách bôi trơn khác nhau như: bôi trơn bằng khí, bằng dầu, bằng dung dịch có

cấu trúc nano

Để khống chế trục và hệ rotor không bị rời ra theo chiều dọc trục, một viên

bi thép cùng vật liệu với trục được cố định bởi tấm nam châm với cường độ từ trường cao gắn mặt sau quạt Đối với dạng quạt tản nhiệt, để giảm tiếng ồn, tăng vòng quay, một dạng ổ đỡ với trục trơn không tiếp xúc với bề mặt tựa trong của

Trang 39

nanomét

Khi bề mặt của vật liệu nền chịu tác động ở kích thước nano sẽ xuất hiện một số

lực trong quá trình hai bề mặt tiếp xúc với nhau như sau:

Hình 2.3: Các lực xuất hiện khi bề mặt chịu tác động ở kích thước nano

(Nguồn: Science Direct)

a- Trục:

Khi xét trục với vật liệu làm bằng kim loại hoạt động trong môi trường ăn mòn, bám dính, ma sát thì việc sử dụng chất bôi trơn là điều cần thiết, vì thế chất lượng bề mặt ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của trục hoạt động trong thời gian dài và liên tục Đối với bề mặt, đó là một môn khoa học quan trọng mà cơ sở của nó dựa trên năng lượng bề mặt (surface energy), sức căng bề mặt, lực mao quản, độ thấm ướt, sự bám dính và phức tạp hơn nữa là nhiệt động học bề mặt và sự tương

Các lực liên kết mài mòn Hướng di chuyển

Trang 40

=

Trong đó:

θ- góc tiếp xúc ở trạng thái cân bằng trên một mặt phẳng;

– năng lượng bề mặt của chất nền;

- năng lượng bề mặt của chất lỏng (còn gọi là sức căng bề mặt);

– năng lượng giữa mặt tiếp xúc giữa chất nền và giọt chất lỏng

Hình 2.4: Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt

theo công thức Young

(Nguồn: http://www.fuveszkert.u-szeged.hu/lotus-effect.html)

Theo định nghĩa thì năng lượng bề mặt là năng lượng dùng để tách đôi một vật liệu Như vậy, vật liệu cứng như kim cương sẽ đứng đầu bảng, kế đến là gốm

sứ, kim loại và sau cùng là các loại polymer (bảng 3)

Theo bảng 3 cho thấy rằng một vật liệu có năng lượng bề mặt càng cao thì bề

mặt của nó lại càng thích nước

Ngược lại, các vật liệu polymer như polyethylene (bọc nhựa gia dụng) và

Teflon (PTFE) có trị số ở cuối bảng nên là các vật liệu ghét nước

Định dạng
Số trang	139
Dung lượng	11,61 MB