На основе материала с фазовым переходом
Инженеры Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins APL) разрабатывают систему охлаждения SPEAR, которая работает не так, как традиционные радиаторы. Вместо постоянного отвода тепла она временно накапливает его внутри себя, используя плавление специального материала с фазовым переходом.
В основе технологии лежат материалы с фазовым переходом (PCM, Phase Change Materials). При нагреве они переходят из твердого состояния в жидкое, поглощая большое количество тепловой энергии. Значительная часть поступающего тепла расходуется именно на плавление, поэтому температура электронных компонентов растет заметно медленнее. Принцип похож на таяние льда, который долго остается холодным, пока полностью не расплавится.
По оценке разработчиков, такой подход позволяет уменьшить массу и объем радиатора более чем на 50% при сохранении сопоставимой теплоемкости. SPEAR рассчитан не на непрерывное охлаждение, а на устройства, которые выделяют очень большое количество тепла в течение короткого времени.
Сложную внутреннюю геометрию радиатора инженеры изготавливают методом 3D-печати. Корпус печатается как единая деталь, затем его заполняют фазопереходным материалом и герметизируют.
Для проверки концепции команда создала два прототипа. Первый имеет такие же размеры, как обычный алюминиевый радиатор, чтобы сравнить количество поглощаемого тепла при одинаковых габаритах. Второй обладает аналогичной теплоемкостью, но позволяет оценить выигрыш в массе и объеме. Оба образца успешно прошли испытания на герметичность и работоспособность.
Исследователи также разработали испытательный стенд, способный одновременно нагревать несколько радиаторов и в реальном времени отслеживать изменение их температуры. Благодаря собственному производству на 3D-принтерах инженеры могут быстро менять конструкцию и тестировать новые варианты.
Ученые считают, что SPEAR может оказаться особенно полезен там, где критичны каждый грамм и каждый кубический сантиметр пространства. Среди потенциальных применений называются космические аппараты, гиперзвуковые системы, радиочастотная электроника и мощные передатчики.
