Ny metode til varmeledning kunne være en game changer for serverfarme og fly

Jonathan Boreyko, en lektor i maskinteknik, har udviklet en termisk styringsteknologi for fly, der er klar til tilpasning til andre områder.

Forskningen blev offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer den 18. aug. 2020.

Boreyko var modtageren af ​​en Young Investigator Research Program-pris i 2016, givet af Air Force Office of Scientific Research. Denne pris finansierede udviklingen af ​​plane brodråbe-termiske dioder, en ny tilgang til termisk styring. Boreykos forskning har vist, at denne nye tilgang er både yderst effektiv og ekstremt alsidig.

"Vi håber på, at envejs varmeoverførsel af vores brodråbediode vil muliggøre smart termisk styring af elektronik, fly, og rumfartøjer, " sagde Boreyko.

Dioder er en speciel slags enhed, der tillader varme at lede i kun én retning ved brug af konstruerede materialer. Til håndtering af varme, dioder er attraktive, fordi de muliggør dumping af varme, der kommer ind på den ene side, mens den modstår varme på den modsatte side. I tilfælde af fly (fokus for Boreykos finansiering), varme absorberes fra et overophedet plan, men modstod fra det ydre miljø.

Boreykos team skabte en diode ved hjælp af to kobberplader i et forseglet miljø, adskilt af et mikroskopisk hul. Den første plade er konstrueret med en vægestruktur til at holde vand, mens den modsatte plade er belagt med et vandafvisende (hydrofobt) lag. Vandet på vægeoverfladen modtager varme, forårsager fordampning til damp. Når dampen bevæger sig hen over det smalle mellemrum, det afkøles og kondenserer til dugdråber på den hydrofobe side. Disse dugdråber vokser sig store nok til at "bro bygge bro" og blive suget tilbage i vægen, starte processen igen.

Hvis varmekilden i stedet blev anvendt på den hydrofobe side, der kan ikke produceres damp, fordi vandet forbliver fanget i vægen. Dette er grunden til, at enheden kun kan lede varme i én retning.

Hvordan ser det ud i praksis? En genstand, der producerer varme, som en CPU-chip, overophedes, hvis denne varme ikke hele tiden fjernes. Boreykos opfindelse er knyttet til denne varmekilde. Genereret varme overføres gennem den ledende plade, i vandet. Vand bliver til damp og bevæger sig væk fra varmekilden. Den hydrofobe, ikke-ledende side forhindrer varme i at trænge ind via luften eller andre varmekilder, der kan være i nærheden, lader dioden kun styre varmen fra sit hovedemne.

Boreykos hold målte en næsten 100 gange stigning i varmeledning, når den onde side blev opvarmet, sammenlignet med den hydrofobe side. Dette er en væsentlig forbedring af eksisterende termiske dioder. Ifølge Boreyko, strømdioder er enten ikke særlig effektive, leder kun et par gange mere varme i én retning, eller kræver tyngdekraft. Denne nye brodråbe-termiske diode kan bruges opretstående, sidelæns, eller endda på hovedet, og ville endda arbejde i rummet, hvor tyngdekraften er ubetydelig.