¿Crees que es importante mantener tu café caliente? Prueba los satélites. Si la temperatura de un satélite no se mantiene dentro de su rango óptimo, Su rendimiento puede verse afectado, lo que podría significar que podría ser más difícil rastrear incendios forestales u otros desastres naturales. Es posible que sus mapas de Google no funcionen y que su atracón de Netflix se interrumpa. Esto podría evitarse con un nuevo material desarrollado recientemente por ingenieros de la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi.

Cuando los satélites viajan detrás de la Tierra, la Tierra puede bloquear los rayos del sol para que no lleguen a los satélites, enfriándolos. En el espacio, un satélite puede enfrentar variaciones extremas de temperatura de hasta 190 a 260 grados Fahrenheit. Durante mucho tiempo ha sido un desafío para los ingenieros evitar que las temperaturas de los satélites fluctúen enormemente. Los satélites han utilizado convencionalmente uno de dos mecanismos:"persianas" físicas o tubos de calor para regular el calor. Ambas soluciones pueden agotar las reservas de energía a bordo. Incluso con energía solar, la salida es limitada. Es más, ambas soluciones agregan masa, el peso y la complejidad del diseño de los satélites, que ya son bastante caros de lanzar.

Tomando señales de los humanos que tienen un sistema autónomo para controlar la temperatura interna a través de la homeostasis, un equipo de investigadores que incluye a Michelle L. Povinelli, profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de Ming Hsieh en la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi, y los estudiantes de USC Viterbi Shao-Hua Wu y Mingkun Chen, junto con Michael T. Barako, Vladan Jankovic, Philip W.C. Hon y Luke A. Sweatlock de Northrop Grumman, desarrolló un nuevo material para autorregular la temperatura del satélite. El equipo de ingenieros con experiencia en óptica, fotónica, y la ingeniería térmica desarrolló una estructura híbrida de silicio y dióxido de vanadio con un diseño cónico para controlar mejor la radiación del cuerpo del satélite. Es como una piel o una capa con textura.

El dióxido de vanadio funciona como lo que se conoce como material de "cambio de fase". Actúa de dos formas distintas:como aislante a bajas temperaturas y conductor a altas temperaturas. Esto afecta la forma en que irradia calor. A más de 134 grados Fahrenheit (330 grados Kelvin), irradia tanto calor como sea posible para enfriar el satélite. Aproximadamente dos grados por debajo de esto, el material apaga la radiación de calor para calentar el satélite. La estructura cónica del material (casi como una piel espinosa) es invisible para el ojo humano con menos de la mitad del grosor de un solo cabello humano, pero tiene el propósito distintivo de ayudar al satélite a encender y apagar su radiación de manera muy efectiva.

Resultados

El material híbrido desarrollado por USC y Northrop Grumman es veinte veces mejor para mantener la temperatura que el silicio solo. En tono rimbombante, La regulación pasiva del calor y la temperatura de los satélites podría aumentar la vida útil de los satélites al reducir la necesidad de gastar energía a bordo.

Aplicaciones en la Tierra

Además de su uso en un satélite, el material también podría utilizarse en la Tierra para la gestión térmica. Podría aplicarse a un edificio en un área grande para mantener de manera más eficiente la temperatura de un edificio.

El estudio, "Homeostasis térmica utilizando materiales de cambio de fase microestructurados, "se publica en Optica . La investigación fue financiada por Northrop Grumman y la National Science Foundation. Este desarrollo es parte de un esfuerzo de investigación temático entre Northrop Grumman, NG Next Basic Research y USC conocido como Instituto Northrop Grumman de Nanomateriales Ópticos y Nanofotónica (NG-ION2).

Los investigadores ahora están trabajando en el desarrollo del material en la instalación de microfabricación de la USC y probablemente se beneficiarán de las nuevas capacidades en el Laboratorio de Nanofabricación John D. O'Brien recientemente dedicado en el Centro Michelson de Biociencia Convergente de la USC.