Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado una estrategia sostenible y controlable para manipular la transferencia de calor interfacial, allanando el camino para mejorar el rendimiento de la refrigeración ecológica en diversas aplicaciones como la electrónica.edificios y paneles solares.

El trabajo de investigación del equipo, titulado "Observación directa de la conductancia térmica sintonizable en interfaces sólidas cristalinas sólidas/porosas inducidas por adsorbatos de agua", se publicó recientemente.publicadoenComunicaciones de la naturaleza.Dirigido por el Prof. Zhou, el equipo incluía a su Ph.D.los estudiantes Wang Guang, Fan Hongzhao y Li Jiawang, así como el jefe asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de HKUST, el profesor Li Zhigang.

Como demanda de efectivoenfriamientosoluciones sigue creciendo debido al aumento de la temperatura global, los científicos de todo el mundo han estado explorando activamente tecnologías de refrigeración que ahorran energía y son más efectivas.En comparación con el enfriamiento activo, que depende completamente deconsumo de energíaPara funcionar, el enfriamiento pasivo se basa en procesos naturales y principios de diseño para reducir el calor y mantener una temperatura confortable con un consumo de energía bajo o nulo.Por lo tanto, este enfoque ha generado un gran interés entre los investigadores debido a su naturaleza ecológica y su característica de cero electricidad.

Un campo de estudio emergente es el enfriamiento pasivo utilizandoestructuras metalorgánicas(MOF), que son materiales porosos que pueden capturarvapor de aguadel aire y utilizarse para aumentar la eficiencia energética en aplicaciones de refrigeración de espacios a temperatura ambiente.

Sin embargo, los MOF suelen exhibirbaja conductividad térmica, haciéndolos malos conductores térmicos.Además, la presencia de moléculas de agua adsorbidas en los MOF reduce aún más su conductividad térmica efectiva.Esta limitación deja poco espacio para manipular las propiedades intrínsecas de transporte térmico de los MOF para mejorar su rendimiento de enfriamiento.

Para abordar el problema, investigadores de todo el mundo han centrado su atención en la disipación de calor interfacial entre los MOF y los materiales con los que entran en contacto.Se han empleado varios enfoques, incluido el uso de capas de adhesión, nanoestructuras, modificación química y monocapas autoensambladas, para mejorar la conductancia térmica interfacial (ITC).Sin embargo, sintetizar o fabricar capas amortiguadoras con un control atómico preciso es una tarea desafiante que limita las posibles aplicaciones de estos métodos.

En su trabajo pionero, el equipo de investigación dirigido por el Prof. Zhou Yanguang del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de HKUST introdujo una estrategia sostenible y controlable para manipular la transferencia de calor interfacial entre el sustrato en contacto y los MOF típicos mediante la utilización de un proceso de adsorción de agua.

A través de mediciones integrales de termorreflectancia en el dominio de la frecuencia (FDTR) ydinámica molecular(MD), han demostrado una mejora notable en el ITC entre el sustrato contactado y los MOF.El ITC se incrementó de 5,3 MW/m²K a 37,5 MW/m²K, lo que representa una mejora de aproximadamente 7,1 veces.También se observan mejoras efectivas en otros sistemas Au/MOF.

El equipo de investigación atribuye esta mejora a la formación de canales de agua densos facilitados por las moléculas de agua adsorbidas dentro de los MOF.Estos canales sirven como vías térmicas adicionales, mejorando significativamente la transferencia de energía térmica a través de las interfaces.

Un análisis más detallado utilizando el método de descomposición directa en el dominio de la frecuencia desarrollado por el equipo encontró que el agua adsorbida no solo activa las vibraciones de alta frecuencia, sino que también aumenta la superposición de la densidad vibratoria de los estados entre el sustrato y el MOF, lo que mejora la disipación de energía térmica delsustrato a MOF, destacando el efecto puente de las moléculas de agua adsorbidas.

"Este estudio innovador no sólo proporciona nuevos conocimientos sobre el transporte térmico a través de MOF y otros materiales, sino que también es muy prometedor para mejorar el rendimiento de las aplicaciones de refrigeración que involucran MOF. Al aprovechar el proceso de adsorción de agua, nuestro equipo ha logrado un gran avance en la manipulación del calor interfacial.transferencia, allanando el camino para tecnologías de refrigeración más eficientes", afirmó el profesor Zhou.