سیستم‌های خنک‌کننده که در آنها از تغییر فاز مایع استفاده می‌شود، نقش مهمی در فناوری‌های در حال توسعه نظیر میکروچیپ‌های پیشرفته یا سیستم‌های انرژی خورشیدی ایفا می‌کنند. اما درک این مطلب که این سیستم‌ها چگونه کار می‌کنند و چه سطوحی انتقال گرما را به حداکثر می‌رسانند، همچنان یک مشکل باقی مانده است. محققان MIT دریافتند که زبرکردن سطوح در مقیاس میکرومتر می‌تواند منجر به افزایش انتقال گرمایی آن شود. این روش نسبت به استفاده از الگوهای کوچکتر نانومتری پیچیدگی کمتر و ماندگاری بیشتری دارد. مشکل اساسی اتلاف گرما است. در بسیاری از زمینه‌ها از جمله الکترونیک، استفاده از یک مایع در حال تغییر فاز مثل آب جوش، برای انتقال گرما از سطح، برای سال‌های متمادی مورد توجه بوده است، ولی تا کنون عوامل تعیین‌کننده در این پدیده به‌ درستی شناخته‌ نشده‌اند. تحقیق حاضر استفاده از آب را به‌ عنوان خنک‌کننده بررسی می‌کند. محققان دریافتند علت افزایش انتقال گرما با زبر شدن سطح، افزایش عملکرد مویینگی در سطح است که به نگهداری حبابهای هوا و اتصال آنها به سطح انتقال گرما کمک می‌کند و تشکیل لایه بخار را به تاخیر می‌اندازد.

به‌ منظور آزمایش این فرایند، محققان یک سری از ویفرهای سیلیکونی به ابعاد تمبرهای پستی با درجات زبری متفاوت از جمله سطوح کاملا صاف جهت مقایسه، ساختند. سپس درجه زبری به‌ عنوان نسبتی از مساحت سطحی که در تماس با مایع قرار می‌گیرد در مقایسه با سطح کاملا صاف اندازه‌گیری شد. محققان دریافتند که افزایش منظم زبری صرف‌نظر از ابعاد ناهمواری ایجاد شده در سطح، منجر به افزایش نسبی قابلیت اتلاف گرما می‌شود. همچنین، زبر کردن معمولی سطح، انتقال گرما را به اندازه استفاده از فرایندهای پیچیده‌تر برای تولید الگوهای نانومتری سطح، بهبود می‌بخشد. محققان علاوه بر مطالعات تجربی، یک مدل تحلیلی نیز توسعه دادند که به‌ خوبی با نتایج مشاهده‌ شده مطابقت می‌کند. از این مدل می‌توان برای بهبود عملکرد سطوح در کاربردهای ویژه استفاده کرد. در حالی‌ که بیشترین کاربرد این فرایند در ابزارهای الکترونیکی و سیستم‌های انرژی خورشیدی است، اصول آن برای کاربرد در سیستم‌های بزرگتر از قبیل دیگ‌های بخار نیروگاه‌ها، تاسیسات آب شیرین‌کن یا راکتورهای هسته‌ای یکسان است.

نشریه پنجره ایرانیان، سال پنجم ، شماره 59 ، شهریورماه 1391