Hydrophobic surfaces could provide more efficient cooling / Le superfici idrofobiche potrebbero fornire un raffreddamento più efficiente
The hydrophobic surface, right, allows many small vapour bubbles to form, more efficiently removing energy from the hot metal. Image Purdue University image / Taylor Allred/ La superficie idrofoba, a destra nella figura, consente a molte piccole bolle di vapore di formarsi, rimuovendo più efficientemente l'energia dal metallo caldo. Immagine Immagine Purdue University / Taylor Allred
A method of ensuring that insulating vapour does not build up on surfaces designed to repel water could turn them into very efficient cooling devices, Purdue team finds
If you need to cool a metal surface, one efficient way of doing it is to boil water off it. The change of phase from liquid to vapour requires a large amount of heat, so boiling is a good way of drawing energy out of a material. The effects can easily be experienced by licking a finger and blowing on it; the cooling effects derives from the evaporation of saliva. Cooling is important in many technologies; nuclear reactors must be cooled to remain safe, and the microprocessors in electronic devices produce a great deal of heat in operation that needs to be effectively removed to keep them running. Some laptops, tablets and smartphones even contain water-filled tubes to facilitate cooling.
Mechanical engineers at Purdue University in Indiana have found that superhydrophobic surfaces, previously thought to be useless for boiling liquids, in fact have highly favourable properties under the right conditions.
“Superhydrophobic surfaces were previously thought to be bad for boiling because they can’t stay wet,” said Taylor Allred, a Purdue doctoral student in mechanical engineering and first author of a paper on the research in Physical Review Letters. “You get a blanket of vapour on the surface, and because vapour is a very good insulator of heat, you are insulating the surface instead of cooling it.”
“We realised that if we could perform one key step prior to boiling from the superhydrophobic surface, we could get the best of both hydrophobic and hydrophilic surface behaviors all in one,” said Prof Suresh Garimella, director of the Purdue’s cooling technologies research centre.
Allred first submerged a piece of metal with a surface patterned with a hydrophobic texture in water, then boiled the water without separately heating the metal. This removed the layer of air that is normally trapped in the texture of the hydrophobic surface. It is this trapping of air that gives the surface its properties, so removing the air allows the water to wet the surface.
The result of this is that when the surface is heated to boil water, vapour bubbles are “pinned” into the textured surface as they form, preventing them from spreading out as they expand. Instead, they simply detach from the surface, allowing water to move in behind and keep the surface wet. Another effect is that many small bubbles form on the surface, which improves cooling efficiency as each bubble requires energy to form.
“There are numerous papers on making superhydrophobic surfaces and using them for a variety of applications. With this research, we’ve opened up a whole new area where they can be deployed,” Garimella said.
ITALIANO
Un metodo per garantire che il vapore isolante non si accumuli su superfici progettate per respingere l'acqua potrebbe trasformarle in dispositivi di raffreddamento molto efficienti, il gruppo di Purdue rileva
Se hai bisogno di raffreddare una superficie metallica, un modo efficace per farlo è far bollire l'acqua. Il passaggio di fase dal liquido al vapore richiede una grande quantità di calore, quindi bollire è un buon modo per ricavare energia da un materiale. Gli effetti possono facilmente essere vissuti leccando un dito e soffiandoci sopra; gli effetti di raffreddamento derivano dall'evaporazione della saliva. Il raffreddamento è importante in molte tecnologie; i reattori nucleari devono essere raffreddati per rimanere al sicuro, eg i microprocessori nei dispositivi elettronici producono una grande quantità di calore in funzione che deve essere rimosso efficacemente per mantenerli in funzione. Alcuni laptop, tablet e smartphone contengono persino tubi riempiti d'acqua per facilitare il raffreddamento.
Gli ingegneri meccanici della Purdue University in Indiana hanno scoperto che le superfici superidrofobiche, precedentemente ritenute inutili per i liquidi bollenti, hanno infatti proprietà altamente favorevoli nelle giuste condizioni.
"Si pensava che le superfici superidrofobiche fossero cattive per l'ebollizione perché non potevano rimanere bagnate", ha detto Taylor Allred, uno studente di dottorato di Purdue in ingegneria meccanica e primo autore di un articolo sulla ricerca in Physical Review Letters. "Si ottiene una coltre di vapore sulla superficie, e poiché il vapore è un ottimo isolante di calore, si sta isolando la superficie invece di raffreddarla."
"Ci siamo resi conto che se potessimo eseguire un passaggio chiave prima di bollire dalla superficie superidrofobica, potremmo ottenere il meglio da entrambi i comportamenti idrofobi e idrofili della superficie tutto in uno", ha affermato il prof. Suresh Garimella, direttore del centro di ricerca sulle tecnologie di raffreddamento di Purdue.
Allred immerse per la prima volta un pezzo di metallo con una superficie modellata con una trama idrofobica in acqua, quindi bollì l'acqua senza riscaldare separatamente il metallo. Ciò ha rimosso lo strato d'aria che è normalmente intrappolato nella trama della superficie idrofoba. È questo intrappolamento di aria che conferisce alla superficie le sue proprietà, quindi rimuovere l'aria consente all'acqua di bagnare la superficie.
Il risultato di ciò è che quando la superficie viene riscaldata per far bollire l'acqua, le bolle di vapore vengono "bloccate" nella superficie strutturata mentre si formano, impedendo loro di espandersi mentre si espandono. Invece, si staccano semplicemente dalla superficie, permettendo all'acqua di muoversi dietro e mantenere la superficie bagnata. Un altro effetto è che molte piccole bolle si formano sulla superficie, il che migliora l'efficienza del raffreddamento poiché ogni bolla richiede energia per esseree formata.
"Esistono numerosi articoli sulla realizzazione di superfici superidrofobiche e il loro utilizzo per una varietà di applicazioni. Con questa ricerca, abbiamo aperto una nuova area in cui possono essere ottenuti risultati promettenti", ha detto Garimella.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/hydrophobic-surfaces-cooling/?cmpid=tenews_5119495&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
Commenti
Posta un commento