Профессор использует плазменные лучи для охлаждения бортовой электроники ВВС США

Том Когилл / UVA

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Исследователи из Университета Вирджинии нашли способ охладить высокотехнологичную электронику в военных самолетах с помощью плазменных лучей. Команда под руководством Патрика Хопкинса, профессора машиностроения и аэрокосмической техники в университете, своей работой превращает научную фантастику в реальность, говорится в пресс-релизе.

С развитием технологий военная техника также оснащается современной электроникой. Военно-морские силы по всему миру используют воду в своих системах охлаждения, а плотный воздух помогает быстро охлаждать оборудование на Земле.

Однако для ВВС это стало проблемой из-за разреженного воздуха, в котором они действуют. В верхних слоях атмосферы не хватает воздуха для облегчения охлаждения, и самолеты не могут нести на борту дополнительный вес охлаждающей жидкости. Команда Хопкинса нашла легкое и практичное решение проблемы — использование плазмы.

Плазма, четвертое состояние материи, создается, когда газы находятся под напряжением. В этом состоянии электроны газообразного элемента покидают свои ядерные орбиты и вещество может испускать фотоны, ионы или даже электроны в потоке. Их можно визуализировать в виде луча или молнии.

Несколько лет назад Хопкинс и его сотрудник из Исследовательской лаборатории ВМС США Скотт Уолтон сделали удивительное открытие. Когда они выпустили фиолетовую струю плазмы, созданную с помощью гелия, на позолоченную поверхность, они обнаружили, что она сначала охлаждает объект, а затем нагревает его. Это явление никогда раньше не наблюдалось, и исследователям пришлось повторять свои эксперименты несколько раз, чтобы подтвердить, что их наблюдения действительно верны.

После многочисленных наблюдений исследователи определили, что охлаждение, вероятно, было результатом отрыва ультратонкого поверхностного слоя молекул воды и углерода, который было трудно увидеть, но который существовал на поверхности объекта. Подобно тому, как пот на нашей коже использует энергию нашего тела для испарения и охлаждения тела, этот слой молекул использует энергию плазмы для охлаждения объекта.

Том Когилл / UVA

Хопкинс предполагает, что такое мгновенное охлаждение можно будет использовать в самолетах, где роботизированная рука сможет действовать над областями, где температура резко возрастает, и мгновенно охлаждать их короткими вспышками плазменных лучей. Это было бы значительным улучшением по сравнению с «холодной пластиной», которая в настоящее время используется для отвода тепла от электроники в воздушных и космических приложениях.

ВВС США понравилась эта концепция, и они предоставили команде Хопкина из лаборатории экспериментов и моделирования в теплотехнике (ExSITE) грант в размере 750 000 долларов США на три года для ее продвижения. Кроме того, команда также создаст прототип устройства через свою дочернюю компанию Laser Thermal.

Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Nano.

Абстрактный:

Связанные взаимодействия между фундаментальными носителями заряда, тепла и электромагнитных полей на границах раздела и границах порождают энергетические процессы, которые позволяют использовать широкий спектр технологий. Преобразование энергии между этими связанными носителями приводит к рассеиванию тепла на этих поверхностях, которое часто количественно выражается тепловым граничным сопротивлением, тем самым управляя функциональными возможностями современных нанотехнологий, которые продолжают приносить трансформационные преимущества в области вычислений, связи, здравоохранения, чистой энергетики, энергетики. переработка, зондирование и производство, и это лишь некоторые из них. Целью данного обзора является обобщение недавних работ, о которых сообщалось о сверхбыстрых и наномасштабных механизмах передачи энергии и тепла через интерфейсы, когда различные теплоносители соединяются вблизи или через интерфейсы. Мы рассматриваем связанные механизмы теплопередачи на границах раздела твердых тел, жидкостей, газов и плазмы, которые определяют результирующий межфазный теплообмен и градиенты температуры из-за взаимодействия энергии и импульса между различными комбинациями электронов, вибронов, фотонов, поляритонов (плазмонных поляритонов и фононных поляритонов). ) и молекулы. Эти процессы межфазного теплового переноса со связанными энергоносителями требуют относительно недавних исследований, и, таким образом, существует несколько возможностей для дальнейшего развития этих зарождающихся полей, которые мы комментируем на протяжении всего обзора.