Jonathan Boreyko, professore associato di ingegneria meccanica, ha sviluppato una tecnologia di gestione termica dell'aeromobile pronta per l'adattamento in altre aree.

La ricerca è stata pubblicata su Materiali funzionali avanzati il 18 agosto 2020.

Boreyko ha ricevuto il premio Young Investigator Research Program nel 2016, fornito dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'Aeronautica. Questo premio ha finanziato lo sviluppo di diodi termici planari a goccia a ponte, un nuovo approccio alla gestione termica. La ricerca di Boreyko ha dimostrato che questo nuovo approccio è altamente efficiente ed estremamente versatile.

"Speriamo che il trasferimento di calore unidirezionale del nostro diodo a goccia a ponte consentirà la gestione termica intelligente dell'elettronica, aereo, e astronavi, " disse Boreyko.

I diodi sono un tipo speciale di dispositivo che consente al calore di condurre in una sola direzione mediante l'uso di materiali ingegnerizzati. Per la gestione del calore, i diodi sono attraenti perché consentono lo scarico del calore che entra da un lato, mentre resiste al calore sul lato opposto. Nel caso degli aerei (il fulcro del finanziamento di Boreyko), il calore viene assorbito da un piano surriscaldato, ma resistette dall'ambiente esterno.

Il team di Boreyko ha creato un diodo utilizzando due piastre di rame in un ambiente sigillato, separati da uno spazio microscopico. La prima piastra è progettata con una struttura a stoppino per trattenere l'acqua, mentre la piastra opposta è rivestita con uno strato idrorepellente (idrofobico). L'acqua sulla superficie assorbente riceve calore, provocando l'evaporazione in vapore. Mentre il vapore si muove attraverso lo stretto spazio, si raffredda e si condensa in goccioline di rugiada sul lato idrofobo. Queste goccioline di rugiada diventano abbastanza grandi da "colmare" il divario e vengono risucchiate nello stoppino, ricominciare il processo.

Se alla fonte di calore fosse invece applicato il lato idrofobo, non si può produrre vapore perché l'acqua rimane intrappolata nello stoppino. Questo è il motivo per cui il dispositivo può condurre il calore solo in una direzione.

Che aspetto ha questo in pratica? Un oggetto che produce calore, come un chip della CPU, si surriscalda se questo calore non viene continuamente rimosso. L'invenzione di Boreyko è apposta su questa fonte di calore. Il calore generato viene trasferito attraverso la piastra conduttiva, nell'acqua. L'acqua si trasforma in vapore e si allontana dalla fonte di calore. L'idrofobia, lato non conduttivo impedisce al calore di entrare attraverso l'aria o altre fonti di calore che possono essere vicine, permettendo al diodo di gestire il calore solo dal suo soggetto principale.

La squadra di Boreyko ha misurato un aumento di quasi 100 volte nella conduzione del calore quando il lato malvagio è stato riscaldato, rispetto al lato idrofobico. Questo è un miglioramento significativo per i diodi termici esistenti. Secondo Boreyko, i diodi attuali o non sono molto efficaci, conducendo solo poche volte più calore in una direzione, o richiedono gravità. Questo nuovo diodo termico a ponte a goccia può essere utilizzato in posizione verticale, di lato, o anche capovolto, e funzionerebbe anche nello spazio dove la gravità è trascurabile.