Микрорельеф поверхности улучшит жидкостное охлаждение

Инженеры из Массачусетского технологического института показали, что теплопередачу на границе твердого тела и кипящей жидкости можно улучшить, если снабдить поверхность микрорельефом. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте института.

Ученые получали из кремния образцы поверхностей размером с почтовую марку и экспериментально измеряли их физические характеристики. Образцы имели различную степень шероховатости, которая достигалась при помощи создания на их поверхности микроскопических цилиндров различной формы и плотности упаковки.

Авторы выяснили, что теплопроводность на границе твердого тела и кипящей жидкости зависит прежде всего от степени шероховатости поверхности (отношения площади шероховатой поверхности к гладкой площади), а не от того, какую форму имеет ее микроструктура. Ученым удалось достичь теплопроводности в 208 ватт на квадратный сантиметр, когда площадь поверхности с микроструктурой в шесть раз превышала гладкую площадь образца.

Помимо создания кремниевых прототипов, авторы разработали также и математическую модель теплопередачи на границе раздела фаз. По словам физиков, модель могла очень точно предсказать полученные экспериментальные данные. Согласно модели, основную роль в передаче тепла играют капиллярные силы на границе раздела фаз. Именно из-за капиллярных сил на поверхности с выраженной микроструктурой улучшается теплопередача.

Разработка инженеров может иметь важное значение для создания более эффективных систем охлаждения компьютеров и другой электроники. В дальнейшем поверхности с микроструктурой могут найти применения в области классической и атомной энергетики.