Nanotech giver store fremskridt inden for varmeoverførsel, køleteknologier

Forskere ved Oregon State University og Pacific Northwest National Laboratory har opdaget en ny måde at anvende nanostrukturbelægninger på for at gøre varmeoverførsel langt mere effektiv, med vigtige potentielle applikationer til højteknologiske enheder samt den konventionelle varme- og køleindustri.

Disse belægninger kan fjerne varme fire gange hurtigere end de samme materialer, før de er belagt, ved hjælp af billige materialer og ansøgningsprocedurer.

Opdagelsen har potentiale til at revolutionere køleteknologi, siger eksperter.

Resultaterne er netop blevet annonceret i International Journal of Heat and Mass Transfer , og der er indgivet en patentansøgning.

"For de konfigurationer, vi undersøgte, denne tilgang opnår varmeoverførsel, der nærmer sig teoretiske maksimum, "sagde Terry Hendricks, projektlederen fra Pacific Northwest National Laboratory. "Dette er ganske betydningsfuldt."

Forbedringen i varmeoverførsel opnået ved at ændre overflader på nanoskalaen har mulige anvendelser i både mikro- og makroskala industrielle systemer, sagde forskere. Belægningerne producerede en "varmeoverførselskoefficient" 10 gange højere end ikke -belagte overflader.

Varmeudveksling har været et vigtigt problem i mange mekaniske enheder siden den industrielle revolution.

Radiatoren og cirkulerende vand i en bilmotor findes for at løse dette problem. Varmevekslere er det, der får moderne klimaanlæg eller køleskabe til at fungere, og utilstrækkelig køling er en begrænsende faktor for mange avancerede teknologiske applikationer, lige fra bærbare computere til avancerede radarsystemer.

"Mange elektroniske enheder skal hurtigt fjerne en masse varme, og det har altid været svært at gøre, "sagde Chih-hang Chang, lektor på School of Chemical, Biologisk og miljøteknik ved Oregon State University. "Denne kombination af en nanostruktur oven på en mikrostruktur har potentiale for varmeoverførsel, der er meget mere effektiv end noget, vi har haft før."

Der er nok ineffektivitet i varmeoverførsel, for eksempel, at for vand at nå sit kogepunkt på 100 grader celsius, temperaturen på tilstødende plader skal ofte være omkring 140 grader celsius. Men med denne nye tilgang, gennem både deres temperatur og en nanostruktur, der bogstaveligt talt tilskynder til bobleudvikling, vand vil koge, når lignende plader kun er omkring 120 grader celsius.

At gøre dette, varmeoverførselsoverflader er belagt med en nanostruktureret anvendelse af zinkoxid, som i denne brug udvikler en flerstrukturet overflade, der næsten ligner blomster, og har ekstra former og kapillarkræfter, der tilskynder til bobledannelse og hurtig, effektiv genopfyldning af aktive kogende steder.

I disse forsøg, vand blev brugt, men andre væsker med forskellige eller endnu bedre køleegenskaber kunne også bruges, sagde forskerne. Belægningen af ​​zinkoxid på aluminium- og kobbersubstrater er billig og kan overkommeligt påføres store områder.

På grund af det, denne teknologi har potentiale til ikke kun at løse køleproblemer inden for avanceret elektronik, sagde forskerne, men også kunne bruges i mere konventionel opvarmning, applikationer til køling og aircondition. Det kan i sidste ende finde vej til alt fra en kortpulslaser til et klimaanlæg i hjemmet eller mere effektive varmepumpesystemer. Militære elektroniske applikationer, der bruger store mængder strøm, er også sandsynlige, sagde forskere.

Forskningen er blevet støttet af Army Research Laboratory. Yderligere undersøgelser fortsættes for at udvikle bredere kommercielle applikationer, sagde forskere.

"Disse resultater tyder på muligheden for mange typer selektivt konstruerede, nanostrukturerede mønstre for at forbedre kogeadfærd ved hjælp af billige løsningskemikalier og -processer, "forskerne skrev i deres undersøgelse." Som løsningsprocesser, disse mikroreaktorassisterede, nanomaterialeaflejringsmetoder er billigere end carbon nanorørtilgange, og endnu vigtigere, behandlingstemperaturer er lave. "