ABD’deki MIT (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) araştırmacıları, ısı eşanjör malzemeleri için özel yüzey işleme yöntemi sayesinde sistemlerin verimliliğini artırmanın bir yolunu bulduklarını belirttiler.
Halen laboratuvar ölçeğinde olan araştırma, farklı boyut ölçeklerinde üç farklı yüzey modifikasyonunun bir kombinasyonunu içeriyor. Ancak araştırmacılar, pratik, endüstriyel ölçekte bir süreç geliştirmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu kabul ediyor.
Yeni bulgular, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü mezunu Youngsup Song, Ford mühendislik profesörü Evelyn Wang ve MIT’den dört kişinin hazırlandığı ve Advanced Materials dergisinde yayınlanan makalede anlatılıyor.
Kaynama işlemi genellikle ısı transfer katsayısı (HTC) ile kritik ısı akısı (CHF) arasında gerçekleşen bir değiş tokuştur.
Her iki parametre de önemli olmakla birlikte, her iki parametreyi birlikte geliştirmek zordur, çünkü içsel alış verişleri vardır. Song bu zorluğun nedenini, kaynayan yüzeyde çok sayıda kabarcık olmasının kaynamanın çok verimli olduğu anlamına gelmesine rağmen bu kabarcıkların birleşerek kaynayan yüzey üzerinde bir buhar filmi tabakası oluşturma riski olarak açıklıyor. Bu film, sıcak yüzeyden ısı transferine engel olur ve CHF değerini düşürür.
Şimdi, yıllar süren çalışmaların ardından ekibin, bir malzemenin yüzeyine eklenen farklı dokuların kombinasyonları yoluyla her iki özelliği de aynı anda önemli ölçüde iyileştirmenin bir yolunu elde ettiği söyleniyor.
Şu anda Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda çalışan Song, araştırmanın çoğunu MIT’deki doktora tez çalışmasının bir parçası olarak gerçekleştirdi. Geliştirdiği yeni yüzey işleminin çeşitli bileşenleri daha önce çalışılmış olsa da, araştırmacılar bu çalışmanın bu yöntemlerin iki rakip parametre arasındaki alış verişin üstesinden gelmek için birleştirilebileceğini gösteren ilk çalışma olduğunu söylüyorlar.
Bir yüzeye bir dizi mikro ölçekli oyuk veya çentik eklemek, o yüzeyde kabarcıkların oluşma şeklini kontrol etmenin, onları oyukların yerlerine etkili bir şekilde tutturmanın ve ısıya dayanıklı bir film halinde yayılmalarını önlemenin bir yoludur.
Araştırmacılar, film oluşumunu önlemek için yaklaşık 2 mm aralıkla yerleştirilmiş 10μm genişliğinde bir dizi girinti oluşturdular. Bu aralıklar yüzeydeki kabarcık konsantrasyonunu azaltmasının yanı sıra kaynama verimini de azaltabilirler. Bunu telafi etmek için ekip, yüzey alanını artıran ve kabarcıkların altındaki buharlaşma oranını destekleyen nanometre ölçeğinde küçük tümsekler ve çıkıntılar ile çok daha küçük ölçekli bir yüzey işlemi gerçekleştirdiler.
Bu deneylerde, oyuklar, malzemenin yüzeyindeki bir dizi sütunun merkezinde yapılmıştır. Nano yapılarla birleştirilen bu sütunlar, sıvının tabandan yukarı doğru çekilmesini destekler ve bu sayede, suya maruz kalan daha fazla yüzey alanı sağlanarak kaynama süreci geliştirilir. Song, yüzey dokusunun kombinasyon halindeki üç “katmanı” – boşluklu ayrım, sütunlar ve nano ölçekli dokulama – kaynatma işlemi için büyük ölçüde geliştirilmiş bir verimlilik sağlıyor dedi.
Çalışmalar, bu yüzey işleme kombinasyonunun fayda sağladığını ve istenen etkileri elde edebileceğini doğrulamasına rağmen, bu çalışma, küçük ölçekli olarak ve laboratuvar koşullarında yapıldığı için cihaz boyutunda uygulanması kolay olmayabilir.
Evelyn Wang, “Geliştirme elde etmek için yüzeyi bu şekilde kontrol edebileceğimizi göstermek ilk adımdır” diyor. “O zaman bir sonraki adım, daha ölçeklenebilir yaklaşımlar hakkında düşünmektir.”
Örneğin, bu deneylerde yüzeydeki sütunlar, yarı iletken çipler üretmek için yaygın olarak kullanılan temiz oda yöntemleri ile oluşturulmuş olsa da, bu tür yapıları oluşturmanın elektrokaplama gibi daha kolay başka yolları olduğu da söylenmektedir. Ayrıca, yüzey nanoyapı dokularını oluşturmak için de daha kolay ölçeklenebilir farklı yollar olduğu biliniyor.
