Jonathan Boreyko, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, heeft een technologie voor thermisch beheer voor vliegtuigen ontwikkeld die klaar is voor aanpassing aan andere gebieden.

Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen op 18 aug. 2020.

Boreyko ontving in 2016 een Young Investigator Research Program-prijs, gegeven door het Air Force Office of Scientific Research. Deze prijs financierde de ontwikkeling van thermische diodes met vlakke overbruggende druppeltjes, een nieuwe benadering van thermisch beheer. Boreyko's onderzoek heeft aangetoond dat deze nieuwe aanpak zowel zeer efficiënt als extreem veelzijdig is.

"We hebben goede hoop dat de eenrichtingswarmteoverdracht van onze overbruggende druppeldiode het slimme thermische beheer van elektronica mogelijk zal maken, vliegtuigen, en ruimtevaartuigen, ' zei Boreiko.

Diodes zijn een speciaal soort apparaat dat warmte in slechts één richting laat geleiden door gebruik te maken van technische materialen. Voor het beheer van warmte, diodes zijn aantrekkelijk omdat ze de afvoer van warmte die aan één kant binnenkomt mogelijk maken, terwijl de hitte aan de andere kant wordt weerstaan. In het geval van vliegtuigen (de focus van Boreyko's financiering), warmte wordt geabsorbeerd uit een oververhit vliegtuig, maar verzet tegen de buitenomgeving.

Boreyko's team creëerde een diode met behulp van twee koperen platen in een afgesloten omgeving, gescheiden door een microscopisch kleine opening. De eerste plaat is ontworpen met een lontstructuur om water vast te houden, terwijl de tegenoverliggende plaat is gecoat met een waterafstotende (hydrofobe) laag. Het water op het vochtafvoerende oppervlak krijgt warmte, waardoor verdamping in stoom. Terwijl de stoom over de nauwe opening beweegt, het koelt af en condenseert tot dauwdruppels aan de hydrofobe kant. Deze dauwdruppels worden groot genoeg om de opening te "overbruggen" en worden teruggezogen in de pit, het proces opnieuw starten.

Als de warmtebron in plaats daarvan de hydrofobe kant zou worden toegepast, er kan geen stoom worden geproduceerd omdat het water in de lont blijft zitten. Daarom kan het apparaat de warmte maar in één richting geleiden.

Hoe ziet dit er in de praktijk uit? Een voorwerp dat warmte produceert, zoals een CPU-chip, oververhit raakt als deze warmte niet voortdurend wordt afgevoerd. Op deze warmtebron is de uitvinding van Boreyko aangebracht. Opgewekte warmte wordt overgedragen via de geleidende plaat, in het water. Water verandert in stoom en beweegt weg van de warmtebron. De hydrofobe, niet-geleidende zijde voorkomt dat warmte via de lucht of andere warmtebronnen in de buurt binnenkomt, waardoor de diode de warmte alleen van het hoofdonderwerp kan beheren.

Boreyko's team heeft een bijna 100-voudige toename in warmtegeleiding gemeten toen de slechte kant werd verwarmd, vergeleken met de hydrofobe kant. Dit is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van bestaande thermische diodes. Volgens Boreyko, stroomdiodes zijn ofwel niet erg effectief, slechts een paar keer meer warmte in één richting geleidt, of zwaartekracht nodig hebben. Deze nieuwe overbruggingsdruppel thermische diode kan rechtop worden gebruikt, zijwaarts, of zelfs ondersteboven, en zou zelfs werken in de ruimte waar de zwaartekracht verwaarloosbaar is.