Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat en ny teknik för att slå på eller stänga av värmeflöden. Resultaten publicerades i artikeln "Millimeter-skala flytande metall dropp termisk switch, "som dök upp i Bokstäver i tillämpad fysik .

Switchar används för att styra många tekniska produkter och konstruerade system. Mekaniska strömbrytare används för att låsa eller låsa upp dörrar, eller för att välja växlar i bilens växellåda. Elektriska strömbrytare används för att tända och släcka belysningen i ett rum. I mindre skala, elektriska strömbrytare i form av transistorer används för att slå på och stänga av elektroniska enheter, eller för att dirigera logiska signaler inom en krets.

Ingenjörer har länge önskat en omkopplare för värmeflöden, särskilt i elektroniksystem där styrning av värmeflöden avsevärt kan förbättra systemets prestanda och tillförlitlighet. Det finns dock betydande utmaningar i att skapa en sådan värmebrytare.

"Värmeflöde uppstår när du har en region med högre temperatur nära en region med lägre temperatur, "sade William King, Andersen ordförande professor vid institutionen för mekanisk vetenskap och teknik och projektledare. "För att kontrollera värmeflödet, vi konstruerade en specifik värmeflödesbana mellan den varma regionen och den kalla regionen, och skapade sedan ett sätt att bryta värmeflödesbanan när så önskas."

"Tekniken är baserad på rörelsen av en flytande metaldroppe, sa Nenad Miljkovic, Biträdande professor vid institutionen för maskinteknik och projektledare. "Metaldroppen kan placeras för att ansluta en värmeflödesbana, eller flyttade bort från värmeflödesbanan för att begränsa värmeflödet. "

Forskarna demonstrerade tekniken i ett system modellerat efter moderna elektroniksystem. På ena sidan av strömbrytaren fanns en värmekälla som representerar kraftelektronikkomponenten, och på andra sidan av strömbrytaren, det fanns vätskekylning för värmeborttagning. När strömbrytaren var på, de kunde utvinna värme med mer än 10 W/cm2. När strömbrytaren var avstängd, värmeflödet sjönk med nästan 100X.

Förutom King och Miljkovic, andra författare till tidningen inkluderar Paul Braun, Racheff professor i materialvetenskap och teknik och direktören för materialforskningslaboratoriet; och doktorander Tianyu Yang, Beomjin Kwon och Patricia B. Weisensee (nu biträdande professor vid Washington University i St. Louis) från mekanisk vetenskap och teknik och Jin Gu Kang och Xuejiao Li från materialvetenskap och teknik.

King säger att nästa steg för forskningen är att integrera switchen med kraftelektronik på ett kretskort. Forskarna kommer att ha en fungerande prototyp senare i år.