Renesansa upravljanja s toploto: od Nevidnega Moža do toplotnih superračunalnikov

Raziskovalki Katja Klinar in Katja Vozel stapredstavili uporabo toplotnih kontrolnih elementov pri upravljanju s toploto v Skodelici znanosti. Posnetek si lahko ogledate na povezavi.

Ključni temelj digitalizacije so polprevodniški materiali, saj so glavni gradniki elektronskih komponent kot so na primer diode in tranzistorji. Potreba po polprevodnikih na trgu je tako velika, da ji proizvodnja ne more več slediti. Petdeset let po Moorovem zakonu, ki pravi, da se približno na vsako leto in pol podvoji zmogljivost integriranih elektronskih vezij, je količina procesne moči v majhni prostornini že tako velika, da posamezne komponente vedno težje hladimo. Hlajenje je eden izmed procesov, ki jim pravimo upravljanje s toploto, in niso pomembni samo pri elektronskih komponentah. Na primer, baterije v elektromobilnosti morajo imeti stabilno temperaturo, vendar se pri delovanju segrevajo, poleg tega pa temperatura okolice, v kateri so, lahko niha. Sateliti, vesoljska plovila in postojanke v vesolju so izpostavljeni zelo velikim obremenitvam od ultranizkih do zelo visokih temperatur, pred katerimi jih je treba čim bolje zaščititi.

Ali obstajajo energetsko učinkovite rešitve, ki jih lahko uporabimo pri vseh omenjenih in tudi ostalih primerih nihanj temperature in gretja zaradi visoke gostote moči? Ali lahko zasnujemo samoodzivne »pametne« materiale in sisteme, ki bi s toploto upravljali kar sami? Je mogoče, da bi namesto raznovrstnih elektronskih senzorjev in mikro-elektronskih vezij izdelali njim analogna, a samodelujoča toplotna vezja? Bi lahko izdelali toplotni računalnik? Kako pa bi izgledal toplotni ščit ali celo obleka za Nevidnega Moža?

Katja Klinar in Katja Vozel sta raziskovalki v Laboratoriju za hlajenje in daljinsko energetiko na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani.