Un equipo internacional de ingenieros ha desarrollado un método innovador y escalable para crear superficies de aluminio con patrones topográficos, mejorando las propiedades de transporte de líquidos importantes para aplicaciones en refrigeración de dispositivos electrónicos, tecnologías de autolimpieza y sistemas antihielo. Esta investigación fue publicada recientemente. Langmuir y realizado como parte del programa del Premio a la Colaboración Estratégica Rice-Edimburgo por grupos de la Universidad Rice y la Universidad de Edimburgo, demuestra cómo se pueden desarrollar técnicas rentables de enmascaramiento de vinilo para producir superficies con contraste húmedo de alta resolución, lo que allana el camino para el desarrollo. mejores transiciones de fase. Aplicaciones de transferencia de calor.
El equipo de investigación desarrolló una nueva técnica utilizando enmascaramiento de vinilo cortado con cuchilla y resina de laca disponible comercialmente para crear superficies de aluminio estampadas con tratamientos superficiales físicos y químicos escalables. Estas superficies exhiben distintos contrastes de humectabilidad, lo que mejora significativamente la caída de gotas durante la condensación. Los patrones, con tamaños característicos de tan solo 1,5 mm, ofrecen una variedad de comportamientos de humectación, desde superhidrófobos hasta hidrófilos, según el tratamiento.
“Este método representa un paso importante en la ingeniería de superficies de precisión”, dijo Daniel J. Preston, profesor asistente de ingeniería mecánica en Rice y coautor del artículo con Geoff Wehmeier, profesor asistente de ingeniería mecánica en Rice and Daniel. de la Universidad Origin de Edimburgo. “Al permitir un control preciso sobre la humectabilidad de la superficie y las propiedades térmicas, estamos abriendo nuevas puertas para la fabricación escalable de superficies avanzadas de transferencia de calor”.
Esta investigación utilizó un procedimiento de varios pasos para preparar y analizar superficies de aluminio estampadas. Las máscaras de vinilo se aplicaron primero a sustratos de aluminio pulido, seguido de un proceso de grabado de dos pasos que creó zonas micro y nanotexturizadas. Luego, el equipo utilizó técnicas de imagen avanzadas para caracterizar la resolución y las propiedades de humectabilidad del patrón. Para evaluar el rendimiento, los experimentos de visualización de condensación mejoraron la caída de gotas en superficies estampadas en comparación con superficies uniformes. Además, el mapeo de emisividad térmica mediante termografía infrarroja reveló contrastes significativos en la emisividad entre regiones lisas y texturizadas, destacando el potencial de las superficies para aplicaciones avanzadas de gestión térmica.
“El aluminio se utiliza ampliamente en dispositivos de gestión térmica, como los intercambiadores de calor, debido a su alta conductividad, baja densidad y bajo coste”, afirmó Wehmeyer. “Nuestro enfoque agrega una nueva dimensión a la funcionalidad al integrar patrones de superficie que son rentables y escalables, lo que permite a los ingenieros ajustar la transferencia de calor por condensación.
Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para las industrias que dependen de la transferencia de calor por fases con aplicaciones en tecnologías cotidianas. En el enfriamiento de dispositivos electrónicos, la eliminación mejorada de gotas reduce la resistencia térmica asociada con gotas más grandes durante la condensación, lo que puede permitir nuevas estrategias de enfriamiento para servidores de centros de datos u otros equipos electrónicos que eviten el sobrecalentamiento. Por lo tanto, depende de una disipación de calor eficiente. Los patrones de emisividad térmica optimizados mejoran la disipación de calor en entornos de alta temperatura, lo que beneficia a sistemas como motores de automóviles y componentes aeroespaciales. Además, las regiones superhidrófobas aceleran la absorción de agua, evitando que se forme hielo en superficies críticas como alas de aviones, turbinas eólicas y líneas eléctricas durante condiciones de congelación. Estos avances ofrecen soluciones prácticas para aumentar la eficiencia y confiabilidad de las tecnologías que las personas usan y en las que confían todos los días.
“Los métodos tradicionales como la fotolitografía suelen ser costosos y limitados a áreas pequeñas”, dijo Preston. “Nuestra técnica utiliza materiales económicos y accesibles para crear patrones complejos en grandes superficies, lo que la hace adecuada para aplicaciones industriales y una técnica prometedora para diseñar condensadores e intercambiadores de calor de próxima generación”.
Los autores principales de este trabajo son Trevor Shimokuso (un doctor en ingeniería mecánica de Rice, ahora miembro de la facultad de la Universidad de Hawaii) y Hamish Thakker (un graduado de Rice con una doble especialización en química e ingeniería mecánica, ahora estudiante de doctorado en Princeton Universidad). .
Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Programa de Premios de Colaboración Estratégica Rice-Edimburgo, un Premio a la Oportunidad de Investigación para Graduados en Tecnología Espacial de la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.
