Новое покрытие может перенаправлять тепло
Точно так же, как оптические покрытия-невидимки могут заставлять свет огибать объект, а специальные акустические метаматериалы могут прятать объекты от звуковых волн; недавно разработанный термическое покрытие может сделать объект тепловым «невидимкой» отводя от него тепловой поток.
Разработанная учеными в Технологическом Университете Наньяна (Сингапур) платформа, потенциально способна к перераспределению температуры и теплового потока в электронных и полупроводниковых системах. Разработку можно применять в приборах с повышенными требованиями к эффективному рассеиванию и гомогенному распространению тепла; в таких, как моторы высокой мощности, медицинские магнитно резонансные инструменты (MRI), и термические датчики.
«Благодаря его форме и гибкости, активное термо-покрытие может быть вшито в одежду для эффективного охлаждения и нагрева, что может быть очень полезно в таких тропических странах как Сингапур», - сказал проф. Бейле Жанг из Технологического университета Наньяна.
Жанг с коллегами экспериментировали над искусственными композитными материалами, в поисках свойств, не присущих природным элементам. Ранее уже был разработан метаматериал, способный перенаправлять тепло, но это устройство нельзя было включать и выключать по желанию, к тому же его нельзя был приспособить к объектам различной формы.
«Затем мы стали изучать возможность перенаправления тепла не пассивно, а принудительно, направляя с помощью электрического тока «перекачивая» тепло термоэлектрическими модулями с одного конца материала на другой», - рассказал Жанг Бейле.
Чтобы сконструировать активное термо-покрытие, исследователи разместили на пластине из углеродистой стали 24 небольших термоэлектрических модуля, которые представляют из себя полупроводниковые тепловые насосы, контролируемые подачей напряжения. Модули расположены вокруг отверстия диаметром 62 мм, а толщина пластины всего 5 мм.
Принцип действия модулей основан на эффекте Пельтье: постоянный ток проходит в месте спая двух разнородных проводников, в результате чего выделяется или поглощается тепло. Соединив множество модулей между собой, можно добиться перенаправления теплового потока. Исследователи верхние и нижние концы модулей с горячими и холодными поверхностями температурой в 60⁰С и 0⁰С соответственно, чтобы рассеять тепловой поток.
Подавая различные напряжения на 24 модуля, ученые смогли аккумулировать тепловой поток на горячей стороне вентиляционного отверстия в пластине и подать его на изотермический медный тепловой резервуар, прикрепленный к модулям.
Модули на холодной стороне передали то же количество теплоты из резервуара к стальной пластине. Таким образом, тепло не рассеялось через вентиляционное отверстие. Эту технику, по мнению ученых, можно применять для защиты чувствительных электронных компонентов от тепловыделений.
Кроме того, исследователи утверждают, что их покрытие может укрывать объекты любой геометрической формы. Испытания показали, что если изменить форму вентиляционного отверстия с круглого на прямоугольное, эффективность переноса тепла останется неизменной. Жанг раскрывает планы на будущее: он с коллегами собирается разработать термо-покрытия для различных электронных систем, а также спроектировать «умную» систему управления покрытия.
