Российские ученые разработали умные системы теплообмена

Ученые СКФУ обнаружили закономерности, которые могут быть использованы для создания интеллектуальных теплообменных систем. По их словам, с помощью магнитного поля можно влиять на микроструктуру композитного материала. Это приводит к изменению его способности проводить тепло. Результаты исследования опубликованы в Chemical Physics Letters.

Композит – это многокомпонентный материал, изготовленный из двух или более компонентов с различными физическими и/или химическими свойствами, которые в сочетании приводят к появлению нового материала с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися результатом их простого сложения.

Ученые Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) исследовали композит, в котором микрочастицы с высокой теплопроводностью распределены в среде с низкой способностью проводить тепло.

По словам специалистов, при увеличении концентрации теплопроводящих частиц до определенного значения в материале образуется непрерывная траектория протекания тепла, то есть происходит эффект перколяции и резкая смена свойств материала, в данном случае теплопроводности.

Как объяснили в университете, в физике и химии перколяцией называется явление протекания или непротекания субстанций через материалы. Наглядным примером процесса является приготовление фильтрованного кофе, когда вода протекает через молотые зерна.

Для возникновения эффекта перколяции ученые СКФУ в своем исследовании меняли структуру композитов при помощи магнитного поля.

"Помимо теплопроводящих микрочастиц графита в исследуемом композите содержатся еще и магнитные наночастицы. Мы воздействовали на материал магнитным полем извне. В результате наночастицы упорядочивали частицы графита, и происходил необходимый нам эффект", – рассказал заведующий кафедрой теоретической и математической физики СКФУ Артур Закинян.

Варьируя параметры магнитного поля, можно изменять теплопроводность среды, добавил он. Исследования показали, что наибольшее влияние магнитное поле оказывает при концентрации частиц графита выше порога перколяции.

По словам ученых, найденные закономерности могут быть использованы для создания интеллектуальных теплообменных систем в устройствах, где нужно осуществлять отведение либо передачу тепла от одного объекта к другому (например, охлаждающая жидкость в радиаторах).

В отличие от материала с фиксированными свойствами (например, вода) в интеллектуальных средах свойства можно модифицировать, пояснили специалисты. Чтобы изменить интенсивность теплоотведения, не нужно менять проводящий материал. Достаточно воздействовать магнитным полем, которое вызывает в нем структурные изменения. Это позволит управлять интенсивностью передачи тепла, рассказали ученые.

Авторы продолжат изучать, как модификация структуры может влиять на изменение различных характеристик подобных композитных материалов.

Источник: https://ria.ru/20230309/nauka-1856408180.html