Bubble-recoil kan bruges til at køle mikrochips, selv i rummet

Boblerne, der dannes på en opvarmet overflade, skaber et lille tilbageslag, når de forlader den, som sparket fra en pistol, der affyrer blanks. Nu forskere ved University of Illinois i Chicago, under finansiering fra NASA, har vist, hvordan denne minimale kraft kan udnyttes til at blande flydende kølevæske rundt om højeffektmikroelektronik – i rummet eller på Jorden.

Damprekylkraften "er ikke velundersøgt, og er aldrig blevet anvendt, mig bekendt, " siger Alexander Yarin, UIC Distinguished Professor of Mechanical Engineering og seniorforfatter på undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Naturens mikrotyngdekraft .

"I flyvninger til Mars eller månen, udstyr som computere genererer meget varme, " sagde Yarin. Efterhånden som computerne og chipsene bliver mindre og pakkes tættere, produktionen af ​​varme bliver en begrænsning af computerkraften.

Ingeniører har set på "pool-kogning, " som er væskekølende ved en temperatur nær væskens kogepunkt. Ved kogning, al varme absorberes ved at omdanne væsken til damp, uden yderligere temperaturstigning, før faseændringen er fuldført.

Men manglen på tyngdekraft i rummet udgør et særligt problem for poolkogning:Boblerne har ingen opdrift.

"På jorden, boblerne stiger, og der kommer kold kølevæske ind, " sagde Yarin. "Men i rummet, boblerne rejser sig ikke. De bliver på den neddykkede overflade, og kan smelte sammen for at danne et isolerende damplag, og varmefjernelsesprocessen afbrydes.

"Du kan prøve mekanisk blanding, men en motor skaber også varme. Du kan prøve et stærkt elektrisk felt, men det producerer også varme og skaber andre problemer, " sagde han. Begge metoder optager plads og kræver strøm.

Yarin og hans kolleger lagde to varmegenererende kredsløbschips i klemme. Ved at skifte spændingen til de to chips, de var i stand til at få apparatet til at svinge frem og tilbage gennem kølevæsken med omkring 1 centimeter pr. sekund.

"Når en chip fungerer, det producerer bobler og en rekylkraft. Så den anden, og den skubber tilbage - nok til at svinge chipsene i kølevæsken og kaste boblerne ud, " sagde Yarin.

"Det virker med eller uden tyngdekraft - i rummet, præcis som på jorden."

Forskerne viste også, at kraften er større, når boblerne er mindre og flere, hvilket resulterer i et sving med større bue og hastighed. Nanofibre lavet af polymer blev supersonisk blæst på chipsene, skabe en nanotekstur til øget boblekernedannelse.

"Hver enkelt boble fungerer som jetfremdrift, " sagde Sumit Sinha-Ray, Yarins doktorand og studiemedforfatter. "Når en boble forlader en neddykket overflade, det skubber overfladen tilbage. Du ser det ikke, fordi boblerne er bittesmå og overfladen er stor. Men vi organiserede boblerne for at få chippen til at svinge."