Claudio Pastorino
DFMC - CNEA, INN - CONICET

Estudiamos con simulaciones de dinámica molecular fuera de equilibrio las propiedades de rectificación de calor de un fluido bifásico en una nano-cámara con una de sus paredes confinantes recubierta por polímeros fijados por su extremo a una pared. Encontramos un efecto de rectificación significativo (diodo térmico) para un amplio rango de llenados de la nano-cámara, tanto para polímeros semi-flexibles rígidos, como para polímeros completamente flexibles. Se impuso un flujo de calor estacionario en el sistema, fijando las paredes a dos temperaturas diferentes y se calculó el flujo de calor en función de la densidad de llenado. Una interfaz líquido-vapor se localiza en el seno de la nano-cámara, a diferentes distancias de la pared caliente según su llenado.
Calculamos el flujo medio de calor, los perfiles de densidad y temperatura, y de estos obtenemos factores de rectificación térmica y perfiles de resistividad en función del llenado de la nano-cámara para los dos casos límite de rigidez de flexión de los polímeros. Encontramos que la nano-cámara presenta un grado significativo de rectificación térmica en un rango de llenado de la nano-cámara y con diferentes características para polímeros flexibles y rígidos.
Determinamos qué condiciones deben cumplirse en la nano-cámara para que tenga un grado alto de rectificación térmica en lo que respecta al llenado del fluido, propiedades de los polímeros y afinidad fluido-polímero. Estas propiedades pueden ajustarse según la aplicación o disponibilidad de materiales. En la dirección paralela a las paredes, el sistema es escalable fácilmente a tamaños macroscópicos, sin afectar la rectificación térmica. Este efecto de diodo térmico blando constituye entonces un mecanismo versátil para obtener rectificación térmica en diferentes tamaños, geometrías y materiales poliméricos.