З приходом літа проблема перегріву двигунів, комп'ютерів та іншої техніки постає особливо гостро. Хто б зараз відмовився від покриття, що дозволяє відводити тепло набагато ефективніше?
Дослідники з Університету штату Орегон розробили новий спосіб нанесення наноструктурних покриттів, що робить теплообмін набагато більш ефективним. Метод може бути застосований як при виробництві високотехнологічних пристроїв, так і для промислового опалення та охолодження.
Проблема надмірного нагрівання (а іноді й охолодження) механічних та електронних пристроїв стоїть з часів промислової революції. Важко уявити собі автомобіль без радіатора, а побутовий холодильник або кондиціонер без теплообмінника. Проблема відведення тепла обмежує функціональність багатьох сучасних пристроїв - від портативних комп'ютерів до радіолокаційних систем.
На процес кипіння рідини впливають такі властивості теплообмінної поверхні:
1. Наявність мікро- і нанорозмірних тріщин і нерівностей, необхідних для початку нуклеації - першої стадії фазового переходу (в даному випадку - рідина-газ).
2. Пористість, за рахунок якої приплив рідини може зберігати ділянки нуклеації активними.
3. Наявність виступів, які створюють області більш активного кипіння.
При нанесенні на теплообмінні поверхні покриття на основі оксиду цинку, який утворює нанорозмірні структури, що зовні нагадують квіти, ефективність теплопередачі зростає за рахунок розвиненої поверхні і діючих на ній капілярних сил.
Під час експерименту дослідники наносили розроблене покриття на платівки з алюмінію, міді і кремнію - найбільш часто використовуваних для охолодження електроніки матеріалів. Платівки нагрівали дистильовану воду в теплоізольованій (щоб мінімізувати вплив теплообміну з навколишнім середовищем) камері. Втрати тепла склали близько 1,5% від потужності нагрівача. Вимірюючи температури платівки і води, дослідники виявили залежність теплового потоку від перегріву поверхні (тобто різниці між фактичною температурою платівки і точкою кипіння води). В результаті критичний тепловий потік для наноструктурованих поверхонь приблизно в 4 рази перевищив значення, отримане для «чистих» матеріалів, а їх коефіцієнт теплопередачі зріс в 10 разів.
"Для досліджених нами зразків тепловіддача наближалася до теоретичної межі. Це дуже хороший результат ", - говорить Террі Хендрікс (Terry Hendricks), керівник проекту.
Як теплоносій може виступати як вода, так і інші рідини з кращими охолоджувальними характеристиками. Поліпшення теплообміну, досягнуте шляхом модифікацій структури поверхні матеріалу, може бути використано як в мініатюрних пристроях, так і у великих промислових системах. Істотною перевагою технології є недорогий метод нанесення подібних покриттів - осадження наноматеріалів за допомогою мікрореактора (Microreactor-assisted nanomaterial deposition - MAND).
Ну а поки наші комп'ютери, кондиціонери та інша домашня електроніка чекають систем охолодження на основі нової технології, їх власники можуть випробувати набагато більш приємний спосіб освіжитися - покуштувати морозива. І навіть спробувати приготувати його самостійно, як описано в статті "Холодна насолода: Кулінарія як точна наука ".
Щодо прес-релізу OSU