Forskare vid Oregon State University och Pacific Northwest National Laboratory har upptäckt ett nytt sätt att applicera nanostrukturbeläggningar för att göra värmeöverföring mycket effektivare, med viktiga potentiella tillämpningar på såväl högteknologiska enheter som den konventionella värme- och kylindustrin.

Dessa beläggningar kan ta bort värme fyra gånger snabbare än samma material innan de beläggs, använder billiga material och ansökningsförfaranden.

Upptäckten har potential att revolutionera kyltekniken, säger experter.

Resultaten har just meddelats i International Journal of Heat and Mass Transfer , och en patentansökan har lämnats in.

"För de konfigurationer vi undersökte, detta tillvägagångssätt uppnår värmeöverföring som närmar sig teoretiska maxvärden, "sa Terry Hendricks, projektledaren från Pacific Northwest National Laboratory. "Detta är ganska betydande."

Förbättringen i värmeöverföring som uppnås genom att modifiera ytor i nanoskala har möjliga tillämpningar i både mikro- och makroskala industrisystem, sa forskare. Beläggningarna producerade en "värmeöverföringskoefficient" 10 gånger högre än obelagda ytor.

Värmeväxling har varit en viktig fråga i många mekaniska enheter sedan den industriella revolutionen.

Kylaren och cirkulerande vatten i en bilmotor finns för att lösa detta problem. Värmeväxlare är det som får moderna luftkonditioneringsapparater eller kylskåp att fungera, och otillräcklig kylning är en begränsande faktor för många avancerade teknikapplikationer, allt från bärbara datorer till avancerade radarsystem.

"Många elektroniska enheter måste ta bort mycket värme snabbt, och det har alltid varit svårt att göra, "sa Chih-hung Chang, docent vid kemikalieskolan, Biologisk och miljöteknik vid Oregon State University. "Denna kombination av en nanostruktur ovanpå en mikrostruktur har potential för värmeöverföring som är mycket mer effektiv än någonting vi har haft tidigare."

Det finns tillräckligt med ineffektivitet i värmeöverföring, till exempel, att för vatten att nå sin kokpunkt på 100 grader Celsius, temperaturen på intilliggande plattor måste ofta vara cirka 140 grader Celsius. Men med detta nya tillvägagångssätt, genom både deras temperatur och en nanostruktur som bokstavligen uppmuntrar bubbelutveckling, vatten kommer att koka när liknande plattor bara är cirka 120 grader celsius.

Att göra detta, värmeöverföringsytor är belagda med en nanostrukturerad applicering av zinkoxid, som i denna användning utvecklar en mångtexturerad yta som nästan ser ut som blommor, och har extra former och kapillärkrafter som uppmuntrar bubblor och snabb, effektiv påfyllning av aktiva kokplatser.

I dessa experiment, vatten användes, men andra vätskor med olika eller ännu bättre kylningsegenskaper skulle också kunna användas, sa forskarna. Beläggningen av zinkoxid på aluminium- och kopparsubstrat är billig och kan överkomligt appliceras på stora ytor.

På grund av det, denna teknik har potential att inte bara hantera kylproblem i avancerad elektronik, sa forskarna, men kan också användas i mer konventionell uppvärmning, kyl- och luftkonditioneringsapplikationer. Det kan så småningom hitta in i allt från en kortpulslaser till en luftkonditionering i hemmet eller effektivare värmepumpsystem. Militära elektroniska applikationer som använder stora mängder kraft är också troliga, sa forskare.

Forskningen har fått stöd av Army Research Laboratory. Ytterligare studier fortsätter för att utveckla bredare kommersiella applikationer, sa forskare.

"Dessa resultat tyder på att det finns många typer av selektivt konstruerade, nanostrukturerade mönster för att förbättra kokningsbeteendet med hjälp av kemiska lösningar och processer, "skrev forskarna i sin studie." Som lösningsprocesser, dessa mikroreaktorassisterade, metoder för avsättning av nanomaterial är billigare än metoder för kolnanorör, och ännu viktigare, bearbetningstemperaturerna är låga. "