แบบจำลองปรากฏการณ์วิทยาที่คิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Twenteในประเทศเนเธอร์แลนด์ ทำให้เกิดความกระจ่างใหม่เกี่ยวกับพฤติกรรมของโลหะที่ถูกทำให้เย็นลงด้วยไนโตรเจนเหลว และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการสังเกตแบบคลาสสิกที่ค่อนข้างเข้าใจได้ง่ายว่าโลหะที่หุ้มฉนวนจะเย็นตัวลงได้เร็วกว่าแบบเปล่าๆ ( ไครโอเจนิกส์)
แบบจำลองของเราและความเข้าใจที่เกี่ยวข้อง
ของฟิสิกส์อุณหภูมิต่ำนั้นแปลกใหม่” Srinivas Vanapalli หัวหน้า ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ความร้อนประยุกต์ของ Twente กล่าว นอกเหนือจากข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานแล้ว Vanapalli และนักศึกษาระดับปริญญาเอกของเขาSahil Jaggaคิดว่าการค้นพบของพวกเขาจะทำให้สามารถออกแบบระบบทำความเย็นด้วยความเย็นแบบแช่แข็งได้เร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
อุปสรรคสำคัญในการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในระบบแช่แข็งคือวิวัฒนาการของฟิล์มไอระหว่างสารหล่อเย็นไนโตรเจนเหลวและท่อสแตนเลสที่เชื่อมต่ออ่างแช่เย็นกับถังเก็บความเย็น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์Leidenfrost ส่งผลให้อัตราการถ่ายเทความร้อนต่ำและการใช้สารหล่อเย็นล้ำค่าอย่างไม่มีประสิทธิภาพ
ตอนนี้ Vanapalli และ Jagga กล่าวว่าพวกเขาได้คิดค้นวิธีแก้ปัญหานี้แล้ว ในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพเวิร์กโฟลว์ที่เกี่ยวข้องไปพร้อมๆ กัน แบบจำลองที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลเป็นผลจากชุดการทดลองการดับอย่างเป็นระบบบนกระบอกสูบทองแดงที่เคลือบด้วยอีพ็อกซี่ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำที่มีความหนาต่างกัน ในระหว่างการทดลองเหล่านี้ นักวิจัยได้ประเมินฟลักซ์ความร้อน (W/m 2 ) และเวลาคูลดาวน์ของกระบอกสูบในถังที่อิ่มตัวทั้งสอง นั่นคือ กำลังจะเดือด และไนโตรเจนเหลวที่ถูกทำให้เย็นลง
นักวิจัยพบว่าการเปลี่ยนแปลงในช่วงแรกๆ
ระหว่างสองระบบการต้มของเหลวกับไนโตรเจน – จากการเดือดของฟิล์ม (ตามที่เห็นได้จากเอฟเฟกต์ไลเดนฟรอสต์) ไปจนถึงระบบที่เรียกว่าการเดือดนิวคลีเอต – เป็นตัวขับเคลื่อนหลักในการทำความเย็นที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากจะส่งเสริมการก่อตัวของความเย็น จุดระหว่างชั้นของเหลวและชั้นฉนวน “ในแง่ของฟิสิกส์พื้นฐาน” Vanapalli อธิบาย “การเคลือบท่อด้วยวัสดุฉนวนจะเพิ่มการสัมผัสของเหลวและของแข็งที่พื้นผิวเพื่อให้กระบวนการระบายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น”
ประโยชน์ของแบบจำลอง University of Twente คือการทำนายความหนาของชั้นเคลือบที่เหมาะสมของกระบอกสูบ เนื่องจากสารเคลือบที่บางหรือหนาเกินไปจะทำให้อัตราการระบายความร้อนช้าลง ตามคำกล่าวของ Vanapalli ผลลัพธ์ที่ได้เป็นครั้งแรกที่แสดงว่าความหนาของชั้นเคลือบที่เหมาะสมนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุเคลือบเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของไนโตรเจนเหลวด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ไม่ว่าจะอิ่มตัวหรือเย็นลง .
การศึกษาก่อนหน้านี้ในที่อื่นได้พยายามประเมินผลของฉนวนความหนาของชั้นเคลือบที่อุณหภูมิต่ำสุดของฟิล์มเดือด ซึ่งเป็นจุดที่ฟิล์มไอระเหยระหว่างพื้นผิวของเหลวและของแข็งยุบตัว แต่กลไกระดับจุลภาคในการเล่นได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่ายากจะเข้าใจได้ นักวิจัยของ Twente ยังตั้งข้อสังเกตว่า จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามปรับความหนาของชั้นเคลือบฉนวนให้เหมาะสม ในลักษณะที่ลดเวลาการเย็นลงโดยอาศัยการตรวจสอบเชิงประจักษ์เท่านั้น โดยพื้นฐานแล้วคือการลองผิดลองถูก
วิทยาศาสตร์เย็น ของร้อน
Vanapalli ตั้งข้อสังเกตในวงกว้างมากขึ้นว่ามีแรงผลักดันทางการค้าเข้ามามีบทบาท เนื่องจากการระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลวพบการใช้งานที่หลากหลายภายในการวิจัยและอุตสาหกรรม การใช้งานเหล่านี้รวมถึงการเก็บรักษาตัวอย่างทางชีววิทยาด้วยความเย็นในที่เก็บ “biobank”; การศึกษาความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง cryotherapy ทั้งร่างกายในกีฬาอาชีพ และการชุบแข็งของเหล็กกล้าเครื่องมือเพื่อเพิ่มความแข็งและความทนทาน เป็นต้น การศึกษาหยดน้ำไนโตรเจนเหลวให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับการทำความเย็นด้วยสเปรย์ด้วยความเย็น
ด้วยเหตุนี้ Vanapalli และ Jagga จึงวางแผนที่จะปรับขนาดโมเดลใหม่เพื่อให้ครอบคลุมวัสดุเคลือบต่างๆ รวมถึงของเหลวแช่แข็งอื่นๆ เช่น อาร์กอน ไฮโดรเจน และฮีเลียม จำเป็นต้องใช้อินพุตหลักสองแบบ: คุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุเคลือบและข้อมูลฟลักซ์ความร้อนที่สำคัญสำหรับการจับคู่เฉพาะของพื้นผิวโลหะและของเหลวที่เกิดจากการแช่แข็ง “ในขั้นตอนต่อไป เราจะได้รับข้อมูลการทดลองด้วยอาร์กอน และหวังว่าชุมชนไครโอเจนิกส์จะมีส่วนช่วยในการจับคู่ของเหลวกับพื้นผิวอื่นๆ” Vanapalli กล่าว “ในที่สุด จุดมุ่งหมายคือการแปลความพยายามนี้ให้เป็นเครื่องมือเว็บแบบเปิดเพื่อเป็นประโยชน์ต่อนักออกแบบระบบแช่แข็ง”
ฟิล์มมีการสะท้อนแสงประมาณ 95% และการทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงได้เน้นถึงความสามารถในการทำความเย็น เคสโทรศัพท์มือถือที่ทำจากวัสดุลดอุณหภูมิของอุปกรณ์ได้มากถึง 4.5 °C เมื่อเทียบกับเคสที่ไม่มีฟิล์ม และในวันที่มีแดดจ้า แผ่นวัสดุบนฝากระโปรงรถลดอุณหภูมิพื้นผิวโดยเฉลี่ยเกือบ 4 °C และสูงสุดมากกว่า 7 °C เมื่อเทียบกับแผ่นกระดาษสีขาวที่มีขนาดและความหนาใกล้เคียงกัน . นักวิจัยกล่าวว่าสิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าฟิล์มยืดหยุ่นเป็นวัสดุระบายความร้อนแบบพาสซีฟที่มีแนวโน้มดีสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และยานพาหนะ
Zhou เชื่อว่าวัสดุนี้มีประโยชน์หลายอย่าง ตั้งแต่ผ้าระบายความร้อนไปจนถึงการช่วยให้อาคารเย็นลง ต่อไป เธอกล่าว พวกเขาต้องการหาวิธีการผลิตฟิล์มในขนาดที่ใหญ่กว่ามาก และพวกเขาต้องการเห็นว่ามันสามารถเจือด้วยวัสดุอื่นๆ เพื่อให้มีคุณสมบัติใหม่ เช่น การนำไฟฟ้าสูง
Rohit Bhargavaและเพื่อนร่วมงานของ Beckman Institute for Advanced Science and Technology แห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ได้เปิดเผยเทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบวงปิดแบบใหม่ที่สามารถตรวจจับองค์ประกอบทางเคมีในระดับนาโนและที่ความไวสูงได้ การออกแบบของพวกเขาอาศัยวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อตัวอย่างถูกตรวจสอบโดยคานยื่น วิธีการของพวกเขาสามารถทำให้นักวิจัยสามารถวัดสเปกตรัมของวัสดุนาโนได้อย่างแม่นยำ รวมถึงตัวอย่างทางชีววิทยาระดับโมเลกุล
Credit : coachfactoryoutletbo.net coachsfactoryoutletmns.net coast2coastpersonnel.com cooperationcommons.org countryriders.net
