Jonathan Boreyko, en docent i maskinteknik, har utvecklat en termisk hanteringsteknik för flygplan som står redo för anpassning till andra områden.

Forskningen publicerades i Avancerade funktionella material den 18 augusti, 2020.

Boreyko fick ett pris för Young Investigator Research Program 2016, ges av Air Force Office of Scientific Research. Denna utmärkelse finansierade utvecklingen av plana termiska dioder med överbryggande droppar, en ny metod för termisk hantering. Boreykos forskning har visat att detta nya tillvägagångssätt är både mycket effektivt och extremt mångsidigt.

"Vi är hoppfulla att enkelriktad värmeöverföring av vår överbryggande droppdiod kommer att möjliggöra smart termisk hantering av elektronik, flygplan, och rymdfarkoster, sa Boreyko.

Dioder är en speciell typ av anordning som tillåter värme att leda i endast en riktning med hjälp av konstruerade material. För hantering av värme, dioder är attraktiva eftersom de möjliggör dumpning av värme som kommer in på ena sidan, samtidigt som den motstår värme på motsatt sida. När det gäller flygplan (i fokus för Boreykos finansiering), värme absorberas från ett överhettat plan, men gjorde motstånd från omgivningen.

Boreykos team skapade en diod med två kopparplattor i en förseglad miljö, separerade av ett mikroskopiskt gap. Den första plattan är konstruerad med en vekestruktur för att hålla vatten, medan den motsatta plattan är belagd med ett vattenavvisande (hydrofobt) skikt. Vattnet på vekytan tar emot värme, orsakar avdunstning till ånga. När ångan rör sig över det smala gapet, den kyls och kondenserar till daggdroppar på den hydrofoba sidan. Dessa daggdroppar växer tillräckligt stora för att "överbrygga" gapet och sugs tillbaka in i veken, starta processen igen.

Om värmekällan istället användes på den hydrofoba sidan, ingen ånga kan produceras eftersom vattnet förblir instängt i veken. Det är därför enheten bara kan leda värme i en riktning.

Hur ser detta ut i praktiken? Ett föremål som producerar värme, som ett CPU-chip, överhettas om denna värme inte kontinuerligt avlägsnas. Boreykos uppfinning är fäst vid denna värmekälla. Genererad värme överförs genom den ledande plattan, in i vattnet. Vatten förvandlas till ånga och rör sig bort från värmekällan. Den hydrofoba, icke-ledande sida förhindrar värme från att komma in via luften eller andra värmekällor som kan vara nära, tillåter dioden att hantera värmen endast från sitt huvudämne.

Boreykos team mätte en nästan 100-faldig ökning av värmeledning när den onda sidan värmdes upp, jämfört med den hydrofoba sidan. Detta är en betydande förbättring av befintliga termiska dioder. Enligt Boreyko, strömdioder är antingen inte särskilt effektiva, leder bara några gånger mer värme i en riktning, eller kräver gravitation. Denna nya termiska diod med överbryggande droppar kan användas upprätt, åt sidan, eller till och med upp och ner, och skulle till och med fungera i rymden där gravitationen är försumbar.