Ученые СКФУ разработали умные системы теплообмена

Ученые Северо-Кавказского федерального университета обнаружили закономерности, которые могут применяться для создания интеллектуальных теплообменных систем. Они исследовали композит, в котором микрочастицы с высокой теплопроводностью распределены в среде с низкой способностью проводить тепло.

Физики крупнейшего вуза на Северном Кавказе рассказали, что 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.

В СКФУ рассказали, что при увеличении концентрации теплопроводящих частиц до определенного значения в материале образуется непрерывная траектория протекания тепла, то есть происходит эффект перколяции – явление протекания или непротекания субстанций через материалы. Наглядным примером процесса является приготовление фильтрованного кофе, когда вода протекает через молотые зерна. В том числе происходит резкая смена свойств материала, в данном случае теплопроводности. 

Для возникновения этого эффекта 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.

Исследования показали, что наибольшее влияние магнитное поле оказывает при концентрации частиц графита выше порога перколяции. Помимо этого, 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 Северо-Кавказском федеральном университете отметили, что в отличие от материала с фиксированными свойствами (например, вода) в интеллектуальных средах свойства можно модифицировать.

– Чтобы изменить интенсивность теплоотведения, не нужно менять проводящий материал. Достаточно воздействовать магнитным полем, которое вызывает в нем структурные изменения. Все это позволит управлять интенсивностью передачи тепла, – дополнил Артур Закинян.

На данный момент ученые СКФУ продолжают изучать, как модификация структуры может влиять на изменение различных характеристик подобных композитных материалов.