A medida que nuestros dispositivos electrónicos se vuelven más sofisticados, también generan más calor que debe liberarse para obtener el máximo rendimiento. Damena Agonafer, ingeniero mecánico y científico de materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, está perfeccionando una forma de disipar el calor a través de un proceso único que involucra pequeñas gotas de líquido sobre una serie de micropilares.

En una nueva investigación publicada en la portada de la revista Langmuir 17 de septiembre Agonafer, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, trabajó con gotas de diferentes líquidos en estructuras micropilares de diferentes formas:triángulos, cuadrados y círculos. Las gotas en la parte superior de los micropilares son similares a cuando un vaso de agua se llena en exceso lo suficiente para hacer una forma hemisférica. o un menisco, en la parte superior del vaso antes de que una gota más haga que se derrame.

Las estructuras micropilares de Agonafer contienen gotas de líquido con sus bordes afilados que forman una barrera de energía en la superficie que evita que el líquido se derrame. Algunos líquidos como el agua, crean una alta tensión superficial y crean la máxima presión cuando la línea de contacto se fija en el borde del poro interno del micropilar. Otros líquidos, como alcohol isopropílico o refrigerante, crear una tensión superficial baja y crear la máxima presión cuando la línea de contacto se fija en el borde exterior de la estructura.

Agonafer descubrió que la forma del micropilar marcaba una diferencia en la cantidad de líquido que contenía antes de que las gotas se derramaran. La obra, el primero en estudiar la retención de líquidos en estructuras de pilares asimétricos, proporciona información sobre el diseño de estructuras superficiales de micro y nano ingeniería en ciencia e ingeniería.

"Queremos que la gota permanezca en su lugar en la parte superior del micropilar porque ayuda con el proceso de enfriamiento, "Dijo Agonafer." La forma asimétrica mejora la transferencia de calor. El menisco es donde se produce la mayor transferencia de calor por evaporación, así que queríamos intentar aumentar esa región ".

Previamente, Agonafer desarrolló una membrana con pilares microscópicos circulares diseñada para disipar el calor en dispositivos electrónicos. Basó la membrana en la piel repelente al agua de la cola de resorte, un insecto ancestral que puede respirar a través de su piel incluso bajo el agua. Fue el primer trabajo en utilizar líquido de baja tensión superficial dentro de estructuras de membranas porosas.

En la nueva investigación, Agonafer y su equipo encontraron que una gota colocada en un micropilar triangular tomó la menor cantidad de líquido antes de que se derramara. conocido como volumen crítico de ráfagas. Cuando utilizaron líquidos de alta tensión superficial, alcohol isopropílico y líquido dieléctrico, cambiar la forma del micropilar de circular a triangular condujo a una reducción del 83% y del 76% en el volumen crítico de estallido, respectivamente.

Por último, descubrió que el micropilar circular tenía una acumulación más uniforme de volumen de líquido que los micropilares triangulares y cuadrados.

"La retención de líquidos en las estructuras del pilar asimétrico tenía características muy diferentes a las del pilar cilíndrico, ", dijo." El menisco líquido puede no necesariamente mojar toda la parte superior de la superficie del micropilar asimétrico, creando un desafío importante para analizar el perfil de equilibrio ".

Agonafer y su laboratorio ahora están trabajando para optimizar la forma y el patrón de los micropilares en una matriz para desarrollar un dispositivo de intercambio de calor por evaporación.