Onderzoekers van de University of Illinois in Urbana-Champaign hebben een nieuwe technologie ontwikkeld om warmtestromen 'aan' of 'uit' te zetten. De bevindingen werden gepubliceerd in het artikel "Millimeter-scale liquid metal droplet thermal switch, " die verscheen in Technische Natuurkunde Brieven .

Schakelaars worden gebruikt om veel technische producten en technische systemen aan te sturen. Mechanische schakelaars worden gebruikt om deuren te vergrendelen of ontgrendelen, of om versnellingen in het transmissiesysteem van een auto te selecteren. Elektrische schakelaars worden gebruikt om de lichten in een kamer aan en uit te zetten. Op kleinere schaal, elektrische schakelaars in de vorm van transistors worden gebruikt om elektronische apparaten aan en uit te zetten, of om logische signalen binnen een circuit te routeren.

Ingenieurs hebben lang gezocht naar een schakelaar voor warmtestromen, vooral in elektronische systemen waar het regelen van warmtestromen de systeemprestaties en betrouwbaarheid aanzienlijk kan verbeteren. Er zijn echter aanzienlijke uitdagingen bij het creëren van een dergelijke warmteschakelaar.

"Warmtestroom vindt plaats wanneer je een gebied met een hogere temperatuur hebt in de buurt van een gebied met een lagere temperatuur, " zei Willem Koning, de Andersen-leerstoelhoogleraar bij de afdeling Mechanical Science and Engineering en de co-leider van het project. "Om de warmtestroom te beheersen, we hebben een specifiek warmtestroompad ontworpen tussen de hete regio en de koude regio, en creëerde vervolgens een manier om het pad van de warmtestroom te doorbreken indien gewenst."

"De technologie is gebaseerd op de beweging van een druppel vloeibaar metaal, " zei Nenad Miljkovic, Universitair Docent bij de afdeling Mechanical Science and Engineering en mede-projectleider. "De metalen druppel kan worden gepositioneerd om een ​​warmtestroompad aan te sluiten, of verwijderd van het warmtestroompad om de warmtestroom te beperken."

De onderzoekers demonstreerden de technologie in een systeem gemodelleerd naar moderne elektronische systemen. Aan de ene kant van de schakelaar was er een warmtebron die de vermogenselektronica-component vertegenwoordigde, en aan de andere kant van de schakelaar, er was vloeistofkoeling voor warmteafvoer. Toen de schakelaar aan stond, ze konden warmte onttrekken van meer dan 10 W/cm2. Toen de schakelaar uit was, de warmtestroom daalde met bijna 100X.

Naast King en Miljkovic, andere auteurs van het artikel zijn onder meer Paul Braun, Racheff Professor of Materials Science and Engineering en de directeur van Materials Research Laboratory; en afgestudeerde studenten Tianyu Yang, Beomjin Kwon en Patricia B. Weisensee (nu een assistent-professor aan de Washington University in St. Louis) van werktuigbouwkunde en techniek en Jin Gu Kang en Xuejiao Li van materiaalkunde en techniek.

King zegt dat de volgende stap voor het onderzoek is om de schakelaar te integreren met vermogenselektronica op een printplaat. De onderzoekers zullen later dit jaar een werkend prototype hebben.