Vesipisaroiden diodit jäähdyttävät

Vesipisaradiodien lämmönsiirtotapa hydofiilisen ja hydrofobisen levyjen välillä.

Virginian yliopiston koneenrakennuksen professori Jonathan Boreyko, on kehittänyt lämmönhallinnan tekniikkaa, joka voisi olla pelin muuttaja palvelinkeskuksille ja lentokoneille.

Boreyko sai Young Investigator Research Program -palkinnon vuonna 2016. Palkinnolla rahoitettiin tasomaisten silloittavien pisaroiden lämpödiodien kehittämistä eli uutta lähestymistapaa lämmönhallintaan. Boreykon tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä uusi lähestymistapa on sekä erittäin tehokas että erittäin monipuolinen.

"Toivomme, että silloittavien pisaroiden diodien yksisuuntainen lämmönsiirto mahdollistaa elektroniikan, lentokoneiden ja avaruusalusten älykkään lämmönhallinnan", Boreyko sanoi.

Kyseiset diodit mahdollistava lämmön johtuvan vain yhteen suuntaan teknisten materiaalien avulla. Yksisuuntaisuus on houkutteleva, koska se samalla vastustaa vastasuuntaisia lämmönsiirtoja. Erityisesti ilma-alusten (Boreykon rahoituksen painopiste) tapauksessa lämpö absorboituu tarkoituksenmukaisesti ylikuumenneesta tasosta mutta vastustaa ulkoisen ympäristön vaikutusta.

Boreykon ryhmä loi diodin käyttämällä suljetussa ympäristössä kahta mikroskooppisella raolla erotettua kuparilevyä. Ensimmäinen levy on superhydrofiilinen rakenne, joka ei hyljeksi vettä, kun taas vastapäätä oleva levy on päällystetty vettä hylkivällä hydrofobisella kerroksella.

Lämpöä siirtävä levy vesi vastaanottaa lämpöä ja saa sen höyrystymään. Kun höyry liikkuu kapean raon poikki, se jäähtyy ja kondensoituu kastepisaroiksi hydrofobisella puolella. Nämä kastepisarat kasvavat riittävän suuriksi aukon “siltaamiseksi” ja ne siirtyvät takaisin perustasoon aloittaen prosessin uudelleen.

Jos lämmönlähde asetetaan sen sijaan hydrofobiselle puolelle, höyryä ei synny, koska vesi pysyy perustason rakenteessa. Siksi laite voi johtaa lämpöä vain yhteen suuntaan.

Tutkijaryhmä mittasi 85-kertaa paremman lämmönjohtavuuden peruspuolelta hydrofobiselle puolelle kuin päinvastoin. Tämä on merkittävä parannus olemassa oleviin lämpödiodeihin.

Boreykon mukaan nykyiset diodit eivät joko ole kovin tehokkaita, johtavat vain muutaman kerran enemmän lämpöä yhteen suuntaan tai vaativat painovoiman. Tätä uutta siltaus-pisaroiden lämpödiodia voidaan käyttää pystyssä, sivuttain tai jopa ylösalaisin ja se toimisi jopa tilassa, jossa painovoima on vähäinen.

Ryhmä on jättänyt aiheesta väliaikaisen patentin ja etsii alan yhteistyökumppaneita jatkamaan työtä.

Aiheesta aiemmin: 

Uusi diodi muutta lämpöä sähköksi

Hyppivät pisarat jäähdyttävät