Команда исследователей из Гонконга разработала систему пассивного радиационного излучения на основе керамики с высоким показателем рассеяния света и почти идеальной отражательной способностью: 99,6 %. Вдобавок материал устойчив к погодным условиям и обладает высокой механической прочностью. К этому открытию ученых подтолкнуло изучение хитинового покрытия самых белых жуков-хрущей.
«Природа дарит нам огромное множество замысловатых конструкций, эффективных систем и устойчивых решений, которые развивались миллионы лет. Тщательно изучив эти природные феномены, мы можем обнаружить инновационные идеи и принципы, которые можно применять на практике», — сказал профессор Ван Цзуанькай, соавтор статьи, опубликованной в Science.
В данном случае речь идет о жуках рода Cyphochilus, обитающих в Юго-Восточной Азии и отличающихся чешуйками белого цвета. Любопытно то, что экзскелет жука под этой чешуей окрашен в черный цвет, то есть достигается весьма высокая степень непрозрачности. Исследование природных методов рассеяния и натолкнуло ученых на мысль создать охлаждающую керамику с иерархической пористой структурой.
Второй источник вдохновения ученых — эффект Лейденфроста, при котором жидкость, соприкасаясь с очень горячей твердой поверхностью, образует слой пара, замедляющий выкипание. В области прикладных систем охлаждения это явление часто оставляют без внимания. Впервые эффект Лейденфроста был учтен и нейтрализован в системе пассивного радиационного охлаждения, пишет Science Daily.
Получившийся керамический материал демонстрирует высокую гидрофильность, обеспечивает мгновенное распределение и быстрое проникновение капель через пористую структуру материала. В итоге в процессе испарения при температуре выше 800 °C эффект Лейденфроста подавляется, а отражательная способность достигает 99,6 %.
«Прорыв в изучении охлаждающей керамики показывает практичность и многогранность нашего подхода, — сказал профессор Ван. — Наша керамика не только демонстрирует превосходные характеристики охлаждения благодаря вдохновленной природой структуре белого жука-хруща, но также обладает ценными свойствами, такими как самоочищение, высокая механическая прочность и подавление эффекта Лейденфроста. Все эти параметры делают материал пригодным к применению в реальных условиях».
Тепло — враг разработчиков электроники, один из ключевых ограничивающих факторов, препятствующих миниатюризации электронных компонентов. Если тепло не отвести от схемы, ее работа нарушится. Команда ученых продемонстрировала новый метод охлаждения электроники, позволяющей пропускать через определенный объем в 7,4 раза больше энергии.
