À mesure que nos appareils électroniques deviennent de plus en plus sophistiqués, ils génèrent également plus de chaleur qui doit être libérée pour des performances maximales. Damena Agonafer, ingénieur en mécanique et scientifique des matériaux à la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis, perfectionne un moyen de dissiper la chaleur grâce à un processus unique impliquant de minuscules gouttes de liquide au-dessus d'un ensemble de micropiliers.

Dans une nouvelle recherche publiée sur la couverture de la revue Langmuir 17 septembre, Agonafer, professeur assistant en génie mécanique et science des matériaux, travaillé avec des gouttelettes de différents liquides sur des structures micropiliers de différentes formes :triangles, carrés et cercles. Les gouttes sur le dessus des micropiliers sont similaires à lorsqu'un verre d'eau est trop rempli juste assez pour faire une forme hémisphérique, ou un ménisque, sur le dessus du verre avant qu'une goutte de plus ne le fasse déborder.

Les structures à micropiliers d'Agonafer retiennent les gouttelettes de liquide avec leurs bords tranchants qui forment une barrière énergétique à la surface qui empêche le liquide de déborder. Certains liquides, comme l'eau, créer une tension superficielle élevée et créer une pression maximale lorsque la ligne de contact est épinglée sur le bord du pore interne du micropilier. Autres liquides, comme l'alcool isopropylique ou le réfrigérant, créer une faible tension superficielle et créer une pression maximale lorsque la ligne de contact est épinglée sur le bord extérieur de la structure.

Agonafer a découvert que la forme du micropilier faisait une différence dans la quantité de liquide qu'il retenait avant que les gouttelettes ne se déversent. L'oeuvre, le premier à étudier la rétention d'eau sur des structures piliers asymétriques, donne un aperçu de la conception de structures micro- et nano-ingénierie de surface en science et en ingénierie.

"Nous voulons que la gouttelette reste en place au-dessus du micropilier car elle facilite le processus de refroidissement, " A déclaré Agonafer. "La forme asymétrique améliore le transfert de chaleur. Le ménisque est l'endroit où le transfert de chaleur par évaporation le plus élevé se produit, nous voulions donc essayer d'augmenter cette région. »

Précédemment, Agonafer a développé une membrane avec des piliers microscopiques circulaires conçus pour dissiper la chaleur dans les appareils électroniques. Il a basé la membrane sur la peau hydrofuge du collembole, un insecte ancien qui peut respirer à travers sa peau même sous l'eau. Ce fut le premier travail à utiliser un liquide à faible tension superficielle dans des structures à membrane poreuse.

Dans la nouvelle recherche, Agonafer et son équipe ont découvert qu'une gouttelette épinglée sur un micropilier triangulaire prenait le moins de liquide avant de déborder, connu sous le nom de volume de rafale critique. Quand ils ont utilisé les liquides à haute tension superficielle, l'alcool isopropylique et le liquide diélectrique, changer la forme du micropilier de circulaire à triangulaire a conduit à une réduction de 83 % et de 76 % du volume d'éclatement critique, respectivement.

Finalement, il a constaté que le micropilier circulaire avait une accumulation de volume de liquide plus uniforme que les micropiliers triangulaires et carrés.

"La rétention de liquides sur les structures piliers asymétriques avait des caractéristiques très différentes de celles du pilier cylindrique, " dit-il. " Le ménisque liquide ne mouillera pas nécessairement tout le haut de la surface du micropilier asymétrique, créant un défi important pour l'analyse du profil d'équilibre."

Agonafer et son laboratoire travaillent maintenant à optimiser la forme et le motif des micropiliers sur un réseau en vue de développer un dispositif d'échange de chaleur par évaporation.