Matic Može, Matevž Zupančič in Iztok Golobič iz LTT ter Matej Senegačnik in Peter Gregorčič iz LASTEH so kot prvi na svetu razvili strukturirane superhidrofobne površine, ki izkazujejo povišane vrednosti kritične gostote toplotnega toka pri mehurčkastem vrenju vode. Rezultate so objavili v ugledni reviji ACS Applied Materials & Interfaces (IF = 8.456).

Nemoteno delovanje naprednih elektronskih sistemov temelji na učinkovitem odvodu toplote, ki nastane pri njihovem obratovanju. Trenutno uveljavljeni pristopi odvoda toplote so večinoma osnovani na prisilni konvekciji in razširjenih površinah. Ker ne dohajajo naraščajoče gostote toplotnega toka, ki je posledica razvoja tehnike in elektronike, se v zadnjem času uveljavljajo nove metode, ki izkoriščajo latentno toploto pri fazni spremembi (tj. uparjanju oz. vrenju). Izboljšave prenosa toplote na tem področju temeljijo predvsem na funkcionalizaciji vrelnih površin, kar vpliva na izboljšanje interakcije površine s hladilnim medijem.

Modifikacija površinske topografije in omočljivosti površin je že dlje časa uveljavljen pristop za izboljšanje prenosa toplote pri vrenju. Pri tem se superhidrofobne površine do sedaj niso zdele uporabne, saj pri uporabi vode kot hladilnega medija načeloma povzročijo hiter prehod v nezaželen režim filmskega vrenja in posledično ne omogočajo doseganja visokih koeficientov toplotne prestopnosti. V prispevku so avtorju kot prvi na svetu dokazali, da je mogoče razviti površine, ki hkrati izkazujejo superhidrofobnost in povišane vrednosti kritične gostote toplotnega toka. Na njih so zabeležili koeficient toplotne prestopnosti preko 200 kW m^-2 K^-1 pri temperaturi površine le 7.1 K nad temperaturo hladilnega medija (vode). Če bi razvite površine uporabili za hlajenje računalniškega procesorja, bi pri tipičnem toplotnem toku, ki ga sproščajo sodobni procesorji, dosegli površinsko temperaturo le 2.3 K nad temperaturo hladilnega medija.

Superhidrofobne površine (s kontaktnim kotom nad 150° in zdrsnim kotom pod 5°) so avtorji izdelali na aluminijastih vzorcih. Površine so najprej lasersko strukturirali tako, da so na njih tvorili mikrojamice z različnimi porazdelitvami premerov v razponu od nekaj sto nanometrov do okoli deset mikrometrov ter jih naknadno hidrofobizirali s kemičnim naparjanjem nekaj atomskih slojev debelega nanosa fluoriranega silana. Razviti pristop omogoča hitro in enostavno izdelavo vrelnih površin, ki lahko zagotovijo izjemno izboljšanje prenosa toplote pri vrenju, kar je tudi tematika raziskovalnega ARRS projekta Lasersko mikro in nanostrukturiranje za razvoj biomimetičnih kovinskih površin z edinstvenimi lastnostmi (LaMiNaS). Razvite površine odpirajo vrata razvoju še bolj kompaktnih in zmogljivejših elektronskih sistemov.

Izvirni znanstveni članek je dostopen po licenci CC BY na: https://doi.org/10.1021/acsami.0c01594