Des chercheurs de l'Oregon State University et du Pacific Northwest National Laboratory ont découvert une nouvelle façon d'appliquer des revêtements nanostructurés pour rendre le transfert de chaleur beaucoup plus efficace, avec d'importantes applications potentielles dans les appareils de haute technologie ainsi que dans l'industrie conventionnelle du chauffage et du refroidissement.

Ces revêtements peuvent éliminer la chaleur quatre fois plus rapidement que les mêmes matériaux avant d'être enduits, en utilisant des matériaux peu coûteux et des procédures d'application.

La découverte a le potentiel de révolutionner la technologie de refroidissement, les experts disent.

Les conclusions viennent d'être annoncées dans le Journal international du transfert de chaleur et de masse , et une demande de brevet a été déposée.

"Pour les configurations que nous avons étudiées, cette approche permet d'obtenir un transfert de chaleur approchant les maximums théoriques, " dit Terry Hendricks, le chef de projet du Pacific Northwest National Laboratory. "C'est assez important."

L'amélioration du transfert de chaleur obtenue en modifiant les surfaces à l'échelle nanométrique a des applications possibles dans les systèmes industriels à la fois micro et macro, les chercheurs ont dit. Les revêtements ont produit un "coefficient de transfert de chaleur" 10 fois plus élevé que les surfaces non revêtues.

L'échange de chaleur a été un problème important dans de nombreux dispositifs mécaniques depuis la révolution industrielle.

Le radiateur et la circulation d'eau dans un moteur automobile existent pour résoudre ce problème. Les échangeurs de chaleur sont ce qui fait fonctionner les climatiseurs ou les réfrigérateurs modernes, et un refroidissement insuffisant est un facteur limitant pour de nombreuses applications technologiques avancées, allant des ordinateurs portables aux systèmes radar avancés.

"De nombreux appareils électroniques ont besoin d'évacuer rapidement une grande quantité de chaleur, et ça a toujours été difficile à faire, " dit Chih-hung Chang, professeur agrégé à l'École de chimie, Génie biologique et environnemental à l'Université d'État de l'Oregon. "Cette combinaison d'une nanostructure au-dessus d'une microstructure a un potentiel de transfert de chaleur beaucoup plus efficace que tout ce que nous avons eu auparavant."

Il y a assez d'inefficacité dans le transfert de chaleur, par exemple, que pour que l'eau atteigne son point d'ébullition de 100 degrés centigrades, la température des plaques adjacentes doit souvent être d'environ 140 degrés centigrades. Mais avec cette nouvelle approche, à la fois par leur température et par une nanostructure qui favorise littéralement le développement des bulles, l'eau bouillira lorsque des plaques similaires ne sont qu'à environ 120 degrés centigrades.

Pour faire ça, les surfaces de transfert thermique sont revêtues d'une application nanostructurée d'oxyde de zinc, qui dans cet usage développe une surface multi-texturée qui ressemble presque à des fleurs, et a des formes supplémentaires et des forces capillaires qui encouragent la formation de bulles et rapide, réapprovisionnement efficace des sites d'ébullition actifs.

Dans ces expériences, l'eau a été utilisée, mais d'autres liquides avec des caractéristiques de refroidissement différentes ou même meilleures pourraient également être utilisés, les chercheurs ont dit. Le revêtement d'oxyde de zinc sur des substrats d'aluminium et de cuivre est peu coûteux et peut être appliqué à moindre coût sur de grandes surfaces.

À cause de ça, cette technologie a le potentiel non seulement de résoudre les problèmes de refroidissement dans l'électronique de pointe, les scientifiques ont dit, mais pourrait également être utilisé dans un chauffage plus conventionnel, applications de refroidissement et de climatisation. Il pourrait éventuellement se retrouver dans tout, d'un laser à impulsions courtes à un climatiseur domestique ou à des systèmes de pompe à chaleur plus efficaces. Les applications électroniques militaires qui utilisent de grandes quantités d'énergie sont également probables, les chercheurs ont dit.

La recherche a été soutenue par le Laboratoire de recherche de l'armée. D'autres études se poursuivent pour développer des applications commerciales plus larges, les chercheurs ont dit.

"Ces résultats suggèrent la possibilité de nombreux types d'ingénierie sélective, motifs nanostructurés pour améliorer le comportement à l'ébullition en utilisant des solutions chimiques et des procédés à faible coût, " les scientifiques ont écrit dans leur étude. " En tant que processus de solution, ces microréacteurs assistés, les approches de dépôt de nanomatériaux sont moins coûteuses que les approches de nanotubes de carbone, et plus important, les températures de traitement sont basses."