Titlul proiectului: “Buffer termic pe bază de materiale inteligente pentru control termic pasiv”- CoolPCM

  • Contract: 134/ 2017
  • Autoritatea contractanta: Agenția Spaţială Română (ROSA)
  • Contractor: Universitatea din Bucuresti
  • Valoare proiect: 600.000 lei

Obiectivul acestui proiect este dezvoltarea unui sistem de tip heat buffer/sink pe bază de materiale schimbătoare de fază organice- composite cu grafene impregnate in spumă metalică pentru controlul termic pasiv în electronică pentru aplicații spațiale. Abordarea propusă are două componente: materialul cu schimbare de fază cu conductivitate termică îmbunatățită prin adăugarea de grafene și folosirea spumei metalice pentru obținerea unui suprafețe active mari pentru schimb termic. Propunerea de proiect se încadreaăa în programele ESA- GSTP și TRP (General Support Technology Programme and Technologies Research Programme), având în vedere că vizează dezvoltarea de tehnologii generice pentru platforme satelitare.

Coordonator proiectUniversitatea din Bucuresti prin Facultatea de FizicaCentrul de Cercetare 3NANO-SAE

Universitatea din Bucureşti, cea mai mare şi prestigioasă instituţie academică, are peste 140 de ani de experienţă şi expertiză în educaţie şi în cercetare, recent primind titlul de “Universitatea cu activitate de cercetare cea mai intensă”. În 2007, un sondaj al revistei “The times Higher Education Supplement” a plasat Universitatea din Bucureşti în top 500 cele mai prestigioase universităţi. Organizată în Facultăţi şi Departamente, îşi desfăşoară activităţile pe trei programe de studii, programe de Master (117) şi 21 de şcoli doctorale cu 300 de supraveghetori şi 3000 de doctoranzi. Centrul de Cercetare-Dezvoltare 3Nano-SAE, situat în Facultatea de Fizică, department cu activităţi de cercetare în biosenzori, nanoelectronica, tehnologia pilelor de combustie, sisteme de hidrogen, sisteme de energie hibride, coordonator al Şcolii Doctorale şi a Şcolii Postdoctorale Pile de Combustie şi Stocare de Hidrogen . Infrastructura este alcatuită din laboratoare: testarea de pile de combustie, generarea şi stocarea de hidrogen, pile de biocombustie, ingineria sistemelor de energie hibride, caracterizarea de materiale (Charm), Chimia Plasmei, Fotorezisti, şi tehnologia printării polimerilor (PCPT), chimie avansată de sinteză şi depunere a polimerilor (APSC). Exista facilităţi extinse şi unice în campusul din cadrul Facultăţii de Fizică necesare pentru a îndeplini sarcinile de cercetare propuse acoperind metode de sinteză, procesare, şi caracterizare de materiale cum ar fi semiconductori, polimeri, nanocompozite. Interesele de cercetare includ nanomateriale conveţionale şi inovatoare, structuri şi dispozitive necesare în proiectarea de pile de combustie, senzori (chimici, electrochimici) care acoperă tehnici şi metode de polimerizare în plasmă, polimerizare electrochimică, fluide supercritice, sol-gel, materializate într-o mare listă de proiecte/colaborări: 9 proiecte internaţionale şi 35 de proiecte naţionale.

Director de proiect: Dr. Fiz. Adriana Balan

 

Obiectivul general al proiectului este de a dezvolta un nou concept de buffer termic pe bază de materiale inteligente, i.e. composite grafene-material organic cu schimbare de faza, impregnate in spuma metalica pentru control termic pasiv al electronicelor, conform conditiilor impuse de operarea in spatiu.

Obiectivele specifice ale proiectului sunt:

O1. Dezvoltarea materialului composit grafene-material organic cu schimbare de faza cu o conductivitate termica de cel putin 20W/mK.

O2. Dezvoltare unui model experimental de buffer termic pe bază composite grafene-material organic cu schimbare de faza, impregnate in spuma metalica cu capacitate crescuta de transfer termic si conductivitate termica ridicata.

O3. Testarea modelului experimental de buffer termic pe bază composite grafene-material organic cu schimbare de faza.

O4. Dezvoltarea capacitatilor institutionale si a resursei umane pentru cercetare aplicativa si dezvoltarea de tehnologii inovative in Romania in domeniul materialelor pentru aplicatii spatiale.

Etapa I Definire cerinte material cu schimbare de faza (PCM) (data de finalizare 31.12.2017)

Activitate I.1. Selectarea materialului PCM

Activitate I.2. Prepare material compozit grafene- PCM organic

Activitate I.3. Caracterizare material compozit grafene- PCM organic

Etapa II. Design si realizare model experimental heat buffer/sink (data de finalizare 31.12.2018)

Activitate II.1. Optimizarea procesului de prepare a materialului compozit grafene-PCM organic

Activitate II.2. Selectarea tipului de spuma metalica

Activitate II.3. Impregnarea  materialului compozit grafene-PCM organic in spuma metalica

Activitate II.4. Inchidere/sigilare spuma metalica impregnata

Activitate II.5. Evaluare spuma metalica impregnata

Activitate II.6. Testare model experimental heat buffer/sink

Etapa III. Testare si validare model experimental heat buffer/sink (data de finalizare 31.12.2018)

Activitate III.1. Simulare comportament termic heat buffer/sink

Activitate III.2. Validare model experimental heat buffer/sink in conditii relevante

În cadrul Etapei I/2017. „Definire cerințe material cu schimbare de fază (PCM)” au fost realizate următoarele activități:

  • Au fost obținute materiale compozite parafină-material carbonic cu schimbare de fază cu transfer termic îmbunătățit. Materialele compozite au fost obținute prin amestecarea grafitului natural în diverse proporții în parafină sub acțiunea unui ultramixer (proces de forfecare la 5000rpm) la temperatura de 90o
  • Materialele compozite grafene- PCM organic au fost caracterizate din punct de vedere morfo-structural și fizico-chimic folosind următoarele metode: spectroscopie Raman, microscopie de forțe atomice (AFM), calorimetrie diferențială de balieaj (determinare căldură latentă, tranziții de fază, stabilitate termică), conductivitate termică, rată de transfer termic.
  • A fost achiziționat un echipament de determinare a conductivității termice prin metoda Transient Hot Bridge cu senzor tip folie, în domeniul 0.02-500W/mK.
  • A fost conceput și construit un dispozitiv experimental pentru studierea ratei de transfer termic a materialelor de formă dreptunghiulară, în care una dintre laturile mici este încălzitor electric. Temperatura este măsurată cu ajutorul a 7 termocuple prin intermediul unei plăci de achiziție date.
  • După analizarea datelor experimntale în ansamblu, se poate concluziona ca o aditivare cu material carbonic de 5% ar fi suficienta pentru a îmbunătății transferul termic, fără a pierde prea mult din căldura latentă, i.e. capacitatea de stocare termică.
  • Rezultatele obținute au fost structurate sub forma unui manuscris cu titlul “Paraffin-Graphene Composite for Thermal Management in Electronics” care va fi trimis spre publicare în etapa următoare.
  • A fost inițiată pagina web a proiectului: http://www.3nanosae.org/CoolPCM-134-2017/

Indicatori estimati:

 

  • 2 articole in jurnale cotate ISI
  • 1 participare la conferinta internationala
  • 1 cerere de brevet