Jonathan Boreyko, professeur agrégé en génie mécanique, a développé une technologie de gestion thermique des avions prête à être adaptée à d'autres domaines.

La recherche a été publiée dans Matériaux fonctionnels avancés le 18 août, 2020.

Boreyko a reçu un prix du programme de recherche pour jeunes chercheurs en 2016, donnée par le Bureau de la recherche scientifique de l'Armée de l'Air. Ce prix a financé le développement de diodes thermiques à pontage planaire à gouttelettes, une nouvelle approche de la gestion thermique. Les recherches de Boreyko ont montré que cette nouvelle approche est à la fois très efficace et extrêmement polyvalente.

« Nous espérons que le transfert de chaleur unidirectionnel de notre diode pont-gouttelettes permettra la gestion thermique intelligente de l'électronique, avion, et engins spatiaux, " dit Boreyko.

Les diodes sont un type spécial de dispositif qui permet à la chaleur de ne conduire que dans une seule direction grâce à l'utilisation de matériaux techniques. Pour la gestion de la chaleur, les diodes sont attrayantes car elles permettent l'évacuation de la chaleur entrant d'un côté, tout en résistant à la chaleur du côté opposé. Dans le cas des avions (au centre du financement de Boreyko), la chaleur est absorbée par un avion surchauffé, mais résisté à l'environnement extérieur.

L'équipe de Boreyko a créé une diode utilisant deux plaques de cuivre dans un environnement étanche, séparés par un interstice microscopique. La première plaque est conçue avec une structure de mèche pour retenir l'eau, tandis que la plaque opposée est recouverte d'une couche hydrofuge (hydrophobe). L'eau sur la surface absorbante reçoit de la chaleur, provoquant une évaporation en vapeur. Au fur et à mesure que la vapeur traverse l'espace étroit, il se refroidit et se condense en gouttelettes de rosée du côté hydrophobe. Ces gouttelettes de rosée deviennent suffisamment grosses pour "combler" l'écart et être réaspirées dans la mèche, recommencer le processus.

Si la source de chaleur était plutôt appliquée du côté hydrophobe, aucune vapeur ne peut être produite car l'eau reste emprisonnée dans la mèche. C'est pourquoi l'appareil ne peut conduire la chaleur que dans un seul sens.

A quoi cela ressemble-t-il en pratique ? Un objet produisant de la chaleur, comme une puce CPU, surchauffe si cette chaleur n'est pas continuellement évacuée. L'invention de Boreyko est apposée sur cette source de chaleur. La chaleur générée est transférée à travers la plaque conductrice, dans l'eau. L'eau se transforme en vapeur et s'éloigne de la source de chaleur. L'hydrophobe, le côté non conducteur empêche la chaleur d'entrer par l'air ou d'autres sources de chaleur qui peuvent se trouver à proximité, permettant à la diode de gérer la chaleur uniquement à partir de son sujet principal.

L'équipe de Boreyko a mesuré une augmentation de près de 100 fois de la conduction thermique lorsque le côté méchant était chauffé, par rapport au côté hydrophobe. Il s'agit d'une amélioration significative par rapport aux diodes thermiques existantes. Selon Boreyko, les diodes actuelles sont soit peu efficaces, ne conduisant que quelques fois plus de chaleur dans une direction, ou nécessitent la gravité. Cette nouvelle diode thermique pont-goutte peut être utilisée debout, de côté, ou même à l'envers, et fonctionnerait même dans l'espace où la gravité est négligeable.