Naarmate onze elektronische apparaten geavanceerder worden, ze genereren ook meer warmte die moet worden vrijgegeven voor maximale prestaties. Damena Agonafer, een werktuigbouwkundig ingenieur en materiaalwetenschapper aan de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis, is een manier aan het perfectioneren om de warmte af te voeren via een uniek proces met kleine vloeistofdruppels bovenop een reeks micropilaren.

In nieuw onderzoek gepubliceerd op de omslag van het tijdschrift Langmuir 17 september Agonafer, universitair docent werktuigbouwkunde &materiaalkunde, werkte met druppeltjes van verschillende vloeistoffen op micropijlerstructuren van verschillende vormen:driehoeken, vierkanten en cirkels. De druppels op de bovenkant van de micropilaren zijn vergelijkbaar met wanneer een glas water net genoeg is gevuld om een ​​halve bolvorm te krijgen, of een meniscus, op de bovenkant van het glas voordat nog een druppel ervoor zorgt dat het overloopt.

De micropijlerstructuren van Agonafer houden vloeistofdruppels vast met hun scherpe randen die een energiebarrière vormen op het oppervlak die voorkomt dat de vloeistof overstroomt. Sommige vloeistoffen, zoals water, creëer een hoge oppervlaktespanning en creëer maximale druk wanneer de contactlijn op de rand van de binnenste porie van de micropilaar wordt vastgemaakt. andere vloeistoffen, zoals isopropylalcohol of koelmiddel, creëer een lage oppervlaktespanning en creëer maximale druk wanneer de contactlijn op de buitenrand van de constructie wordt vastgemaakt.

Agonafer ontdekte dat de vorm van de micropilaar een verschil maakte in de hoeveelheid vloeistof die het vasthield voordat de druppeltjes overstroomden. Het werk, de eerste die vloeistofretentie bestudeert op asymmetrische pijlerstructuren, geeft inzicht in het ontwerp van oppervlakte-micro- en nano-engineered structuren in wetenschap en techniek.

"We willen dat de druppel op zijn plaats blijft bovenop de micropilaar omdat het helpt bij het koelproces, " zei Agonafer. "De asymmetrische vorm verbetert de warmteoverdracht. De meniscus is waar de hoogste verdampingswarmteoverdracht plaatsvindt, dus we wilden proberen die regio te vergroten."

Eerder, Agonafer ontwikkelde een membraan met cirkelvormige microscopisch kleine pilaren, ontworpen om de warmte in elektronische apparaten af ​​te voeren. Hij baseerde het membraan op de waterafstotende huid van de springstaart, een oud insect dat zelfs onder water door zijn huid kan ademen. Het was het eerste werk dat vloeistof met een lage oppervlaktespanning gebruikte in poreuze membraanstructuren.

In het nieuwe onderzoek Agonafer en zijn team ontdekten dat een druppel vastgemaakt op een driehoekige micropilaar de minste hoeveelheid vloeistof opnam voordat hij overstroomde. bekend als kritisch burst-volume. Toen ze de hoge oppervlaktespanningsvloeistoffen isopropylalcohol en diëlektrische vloeistof gebruikten, het veranderen van de vorm van de micropilaar van cirkelvormig naar driehoekig leidde tot een vermindering van 83% en 76% van het kritische burst-volume, respectievelijk.

uiteindelijk, hij ontdekte dat de cirkelvormige micropilaar een meer uniforme opbouw van vloeistofvolume had dan de driehoekige en vierkante micropilaren.

"Het vasthouden van vloeistoffen op de asymmetrische pilaarstructuren had heel andere kenmerken dan de cilindrische pilaar, " zei hij. "De vloeibare meniscus hoeft niet noodzakelijk de hele bovenkant van het oppervlak van de asymmetrische micropilaar nat te maken, het creëren van een belangrijke uitdaging voor het analyseren van het evenwichtsprofiel."

Agonafer en zijn laboratorium werken nu aan het optimaliseren van de vorm en het patroon van de micropilaren op een array om een ​​verdampingswarmtewisselaar te ontwikkelen.