Acha que é importante manter o café quente? Experimente satélites. Se a temperatura de um satélite não for mantida dentro de sua faixa ideal, seu desempenho pode ser prejudicado, o que pode significar que pode ser mais difícil rastrear incêndios florestais ou outros desastres naturais, seus mapas do Google podem não funcionar e sua farra do Netflix pode ser interrompida. Isso pode ser evitado com um novo material recentemente desenvolvido pelos engenheiros da USC Viterbi School of Engineering.
Quando os satélites viajam atrás da Terra, a Terra pode impedir que os raios do sol atinjam os satélites - resfriando-os. No espaço, um satélite pode enfrentar variações extremas de temperatura de até 190 a 260 graus Fahrenheit. Há muito tempo é um desafio para os engenheiros evitar que as temperaturas dos satélites flutuem descontroladamente. Os satélites usaram convencionalmente um de dois mecanismos:"venezianas" físicas ou tubos de calor para regular o calor. Ambas as soluções podem esgotar as reservas de energia on-board. Mesmo com energia solar, a saída é limitada. Além disso, ambas as soluções adicionam massa, peso e complexidade de design para satélites, que já são bastante caros para lançar.
Pegando dicas de humanos que têm um sistema independente para gerenciar a temperatura interna por meio da homeostase, uma equipe de pesquisadores, incluindo Michelle L. Povinelli, Professor do Departamento de Engenharia Elétrica Ming Hsieh da Escola de Engenharia USC Viterbi, e os alunos Shao-Hua Wu e Mingkun Chen do USC Viterbi, junto com Michael T. Barako, Vladan Jankovic, Philip W.C. Hon e Luke A. Sweatlock da Northrop Grumman, desenvolveu um novo material para autorregular a temperatura do satélite. A equipe de engenheiros com experiência em óptica, fotônica, e a engenharia térmica desenvolveu uma estrutura híbrida de silício e dióxido de vanádio com um design cônico para controlar melhor a radiação do corpo do satélite. É como uma pele ou revestimento texturizado.
O dióxido de vanádio funciona como o que é conhecido como um material de "mudança de fase". Ele atua de duas maneiras distintas:como isolante em baixas temperaturas e como condutor em altas temperaturas. Isso afeta como ele irradia calor. Acima de 134 graus Fahrenheit (330 graus Kelvin), ele irradia o máximo de calor possível para resfriar o satélite. Cerca de dois graus abaixo disso, o material desliga a radiação de calor para aquecer o satélite. A estrutura cônica do material (quase como uma pele espinhosa) é invisível ao olho humano com cerca de menos da metade da espessura de um único fio de cabelo humano - mas tem um propósito distinto de ajudar o satélite a ligar e desligar sua radiação de forma muito eficaz.
Resultados
O material híbrido desenvolvido pela USC e Northrop Grumman é vinte vezes melhor em manter a temperatura do que o silício sozinho. Mais importante, a regulação passiva do calor e da temperatura dos satélites pode aumentar a vida útil dos satélites, reduzindo a necessidade de gastar energia a bordo.
Aplicativos na Terra
Além de usar em um satélite, o material também pode ser usado na Terra para gerenciamento térmico. Ele poderia ser aplicado a um edifício em uma grande área para manter a temperatura do edifício com mais eficiência.
O estudo, "Homeostase térmica usando materiais de mudança de fase microestruturados, "é publicado em Optica . A pesquisa foi financiada pela Northrop Grumman e pela National Science Foundation. Este desenvolvimento é parte de um esforço de pesquisa temática entre a Northrop Grumman, NG Next Basic Research e USC conhecido como Northrop Grumman Institute of Optical Nanomaterials and Nanophotonics (NG-ION2).
Os pesquisadores agora estão trabalhando no desenvolvimento do material na instalação de microfabricação da USC e provavelmente se beneficiarão dos novos recursos do Laboratório de Nanofabricação John D. O'Brien recentemente dedicado no Centro de Biociência Convergente da USC Michelson.
