Este revestimento de óxido de zinco em nível de nanoescala no topo de uma placa de cobre tem o potencial de aumentar drasticamente as características de transferência de calor e levar a uma revolução na tecnologia de aquecimento e resfriamento, de acordo com especialistas da Oregon State University e do Pacific Northwest National Laboratory. (Foto cortesia da Oregon State University)
Pesquisadores da Oregon State University e do Pacific Northwest National Laboratory descobriram uma nova maneira de aplicar revestimentos nanoestruturados para tornar a transferência de calor muito mais eficiente, com importantes aplicações potenciais para dispositivos de alta tecnologia, bem como a indústria de aquecimento e refrigeração convencional.
Esses revestimentos podem remover o calor quatro vezes mais rápido do que os mesmos materiais antes de serem revestidos, usando materiais baratos e procedimentos de aplicação.
A descoberta tem o potencial de revolucionar a tecnologia de refrigeração, especialistas falam.
As descobertas acabam de ser anunciadas no Jornal Internacional de Transferência de Calor e Massa , e um pedido de patente foi arquivado.
"Para as configurações que investigamos, esta abordagem atinge a transferência de calor se aproximando de máximos teóricos, "disse Terry Hendricks, o líder do projeto do Pacific Northwest National Laboratory. "Isso é bastante significativo."
A melhoria na transferência de calor alcançada pela modificação de superfícies em nanoescala tem aplicações possíveis em sistemas industriais em micro e macroescala, pesquisadores disseram. Os revestimentos produziram um "coeficiente de transferência de calor" 10 vezes maior do que as superfícies não revestidas.
A troca de calor tem sido um problema significativo em muitos dispositivos mecânicos desde a Revolução Industrial.
O radiador e a água circulante em um motor de automóvel existem para resolver esse problema. Os trocadores de calor são o que fazem os modernos condicionadores de ar ou refrigeradores funcionarem, e o resfriamento inadequado é um fator limitante para muitas aplicações de tecnologia avançada, variando de laptops a sistemas de radar avançados.
"Muitos dispositivos eletrônicos precisam remover muito calor rapidamente, e isso sempre foi difícil de fazer, "disse Chang Chih-hung, um professor associado da Escola de Química, Engenharia Biológica e Ambiental na Oregon State University. "Esta combinação de uma nanoestrutura no topo de uma microestrutura tem o potencial de transferência de calor muito mais eficiente do que qualquer coisa que já tínhamos antes."
Há ineficiência suficiente na transferência de calor, por exemplo, que para a água atingir seu ponto de ebulição de 100 graus centígrados, a temperatura das placas adjacentes frequentemente deve ser de cerca de 140 graus centígrados. Mas com esta nova abordagem, através de sua temperatura e de uma nanoestrutura que literalmente incentiva o desenvolvimento de bolhas, a água ferverá quando placas semelhantes tiverem apenas cerca de 120 graus centígrados.
Para fazer isso, as superfícies de transferência de calor são revestidas com uma aplicação nanoestruturada de óxido de zinco, que neste uso desenvolve uma superfície multi-texturizada que se parece quase com flores, e tem formas extras e forças capilares que incentivam a formação de bolhas e rápida, reabastecimento eficiente de locais de ebulição ativos.
Nestes experimentos, água foi usada, mas outros líquidos com características de resfriamento diferentes ou até melhores também podem ser usados, disseram os pesquisadores. O revestimento de óxido de zinco em substratos de alumínio e cobre é barato e pode ser aplicado em grandes áreas com custo acessível.
Por causa disso, esta tecnologia tem potencial não apenas para resolver problemas de refrigeração em eletrônica avançada, os cientistas disseram, mas também pode ser usado em aquecimento mais convencional, aplicações de refrigeração e ar condicionado. Ele poderia eventualmente encontrar seu caminho em tudo, desde um laser de pulso curto a um ar condicionado doméstico ou sistemas de bomba de calor mais eficientes. Aplicações eletrônicas militares que usam grandes quantidades de energia também são prováveis, pesquisadores disseram.
A pesquisa foi apoiada pelo Laboratório de Pesquisa do Exército. Outros estudos estão sendo continuados para desenvolver aplicações comerciais mais amplas, pesquisadores disseram.
"Esses resultados sugerem a possibilidade de muitos tipos de engenharia seletiva, padrões nanoestruturados para melhorar o comportamento de ebulição usando soluções químicas e processos de baixo custo, "os cientistas escreveram em seu estudo." Como processos de solução, esses microrreatores assistidos, As abordagens de deposição de nanomateriais são menos caras do que as abordagens de nanotubos de carbono, e mais importante, as temperaturas de processamento são baixas. "
