Esquema del interruptor térmico que muestra el (a) estado ENCENDIDO con la gota de metal líquido que une la fuente de calor y el sumidero y (b) estado APAGADO con el metal líquido extraído del canal. (c) Imagen de vista lateral del dispositivo de interruptor térmico fabricado. (d) Los circuitos de resistencia térmica ON y OFF basados en un modelo de transferencia de calor 1-D. Crédito:Centro de sistemas electrotérmicos optimizados para la energía.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado una nueva tecnología para encender o apagar los flujos de calor. Los hallazgos se publicaron en el artículo "Interruptor térmico de gota de metal líquido a escala milimétrica, "que apareció en Letras de física aplicada .
Los interruptores se utilizan para controlar muchos productos técnicos y sistemas de ingeniería. Los interruptores mecánicos se utilizan para bloquear o desbloquear puertas, o para seleccionar marchas en el sistema de transmisión de un automóvil. Los interruptores eléctricos se utilizan para encender y apagar las luces de una habitación. A menor escala, Los interruptores eléctricos en forma de transistores se utilizan para encender y apagar dispositivos electrónicos, o para enrutar señales lógicas dentro de un circuito.
Los ingenieros han deseado durante mucho tiempo un interruptor para los flujos de calor, especialmente en sistemas electrónicos donde el control de los flujos de calor puede mejorar significativamente el rendimiento y la confiabilidad del sistema. Sin embargo, existen desafíos importantes para crear un interruptor de calor de este tipo.
"El flujo de calor se produce cuando tienes una región de mayor temperatura cerca de una región de menor temperatura, "dijo William King, el Profesor de la Cátedra Andersen en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Mecánica y el co-líder del proyecto. "Para controlar el flujo de calor, diseñamos una ruta de flujo de calor específica entre la región caliente y la región fría, y luego creó una forma de romper la ruta del flujo de calor cuando se desea ".
"La tecnología se basa en el movimiento de una gota de metal líquido, "dijo Nenad Miljkovic, Profesor adjunto del Departamento de Ciencia e Ingeniería Mecánica y colíder del proyecto. "La gota de metal se puede colocar para conectar una ruta de flujo de calor, o alejado de la ruta del flujo de calor para limitar el flujo de calor ".
Los investigadores demostraron la tecnología en un sistema inspirado en los sistemas electrónicos modernos. En un lado del interruptor había una fuente de calor que representaba el componente electrónico de potencia, y al otro lado del interruptor, había refrigeración líquida para eliminar el calor. Cuando el interruptor estaba encendido, pudieron extraer calor a más de 10 W / cm2. Cuando el interruptor estaba apagado, el flujo de calor se redujo en casi 100X.
Además de King y Miljkovic, otros autores del artículo incluyen a Paul Braun, Profesor Racheff de Ciencia e Ingeniería de Materiales y Director del Laboratorio de Investigación de Materiales; y estudiantes graduados Tianyu Yang, Beomjin Kwon y Patricia B. Weisensee (ahora profesora asistente en la Universidad de Washington en St. Louis) de ciencias mecánicas e ingeniería y Jin Gu Kang y Xuejiao Li de ciencia e ingeniería de materiales.
King dice que el siguiente paso de la investigación es integrar el interruptor con la electrónica de potencia en una placa de circuito. Los investigadores tendrán un prototipo funcional a finales de este año.
