مجموعة من الأسلاك النحاسية النانوية تتفوق في إزالة الجليد السلبي – عالم الفيزياء

مجموعة من الأسلاك النحاسية النانوية تتفوق في إزالة الجليد السلبي – عالم الفيزياء

الطابع الزمني: 12 سبتمبر 2023 11:45 صباحًا

سطح إزالة الجليد
كيف يعمل: صورة مركبة توضح الرسوم التوضيحية لعملية إزالة الجليد وصور المجهر الإلكتروني لسطح الأسلاك النانوية. (بإذن من: سيان يانغ، وكيكسون لي، وبينجانغ دو، ويوشان ينغ، وييجون تسنغ، ويوانكاي جين، وزويزي تشين، وشوي غاو، وستيفن وانغ، وزوانكاي وانغ، ورونغفو وين، وشيوهو ما)

كشف باحثون في الصين عن طلاء سلبي فعال بنسبة 100% تقريبًا في إزالة الجليد والصقيع من الأسطح. يتميز تصميم الفريق بمجموعة من الأسلاك النحاسية النانوية التي تجمع بين الخصائص الحرارية الضوئية، والتوصيل الحراري، والمقاومة للماء للغاية لتحقيق كفاءة عالية جدًا في إزالة الجليد.

تم تطوير الطلاء بواسطة سيان يانغ وزملاؤه في جامعة داليان للتكنولوجيا، وجامعة مدينة هونغ كونغ، وجامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية.

تراكم الجليد على الأسطح الباردة يمكن أن يسبب مشاكل في مجموعة واسعة من الحالات من التجميد المبرد إلى أجنحة الطائرات. في حين تم تطوير مجموعة متنوعة من التقنيات لإزالة الجليد والصقيع، إلا أن جميعها تعاني من عيوب. يوضح يانغ: "تعتمد الحلول التقليدية لإزالة الجليد وإزالة الجليد بشكل أساسي على الأساليب الميكانيكية والحرارية والكيميائية، وكلها إما كثيفة الاستهلاك للطاقة، أو كثيفة العمالة، أو غير صديقة للبيئة". "بالإضافة إلى ذلك، تتطلب بعض هذه الأساليب النشطة اتصالاً مباشرًا بسطح المادة، مما يشكل مخاطر على الطلاءات الحساسة."

النهج السلبي

في الآونة الأخيرة، شهدت تقنية إزالة الجليد وإزالة الجليد تحولًا نحو الأساليب السلبية، والتي تتضمن تعديل أسطح المواد لمنع تكوين الجليد وتراكمه. يتضمن هذا غالبًا تصميم أسطح زلقة أو كارهة للماء أو حتى متغيرة الطور. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل القوة المطلوبة لإزالة الجليد والصقيع فعليًا، أو منع قطرات الماء من الالتصاق والتجمد في المقام الأول.

وكان أحد التقدم الواعد بشكل خاص هو تطوير الطلاءات الحرارية الضوئية التي تحول ضوء الشمس إلى حرارة ــ وبالتالي إذابة الجليد والصقيع، حتى في الظروف المتجمدة. ومع ذلك، فقد تم إعاقة هذه التكنولوجيا بسبب التوصيل الحراري المحدود للطلاءات الموجودة. وينتج عن ذلك تسخين غير متساوٍ، وتفاعلات قوية بين الأسطح وقطرات الماء مما يؤدي إلى معدلات متفاوتة لإزالة المياه الذائبة - وكلاهما يحد من أداء إزالة الجليد.

والآن، صمم يانج وزملاؤه نوعًا جديدًا من الأسطح التي تعالج هذه التحديات. يتميز السطح بمجموعة من الأسلاك النحاسية النانوية التي يتم تجميعها باستخدام طريقة الترسيب الكهربائي البسيطة. وفقًا للفريق، يجمع تصميمهم بين الخصائص الحرارية الضوئية والتوصيل الحراري والمقاومة للماء الفائقة في مادة واحدة.

تستقيم و مسعور

يعد نمط الأسلاك النانوية عالي الترتيب جيدًا جدًا في امتصاص ضوء الشمس - كما أن الموصلية الحرارية العالية للنحاس تسمح للحرارة الملتقطة بالانتشار بسرعة وبشكل متساوٍ في جميع أنحاء المصفوفة بأكملها. من بين أنماط الأسلاك النانوية التي أنشأها الفريق، كان هناك ترتيب من الأسلاك النانوية المستقيمة، مفصولة بأخاديد دقيقة يبلغ عرضها حوالي 2-3 ميكرون. جعل هذا الهيكل السطح كارهًا للماء للغاية، مما سمح للمياه الذائبة بالتصريف بالتساوي.

يوضح عضو الفريق تشيكسون لي: "من خلال اختبارات قابلية البلل والاختبارات الحرارية الضوئية، وجدنا أن معظم مجموعات الأسلاك النانوية يمكن معاملتها على أنها كارهة للماء للغاية، مع معدل امتصاص لأشعة الشمس أكبر من 95%". "بسبب الموصلية العالية للمواد النحاسية، تتيح مجموعات الأسلاك النانوية أداءً ممتازًا في إزالة الجليد وإزالة الجليد."

والنتيجة هي إزالة ما يقرب من 100% من الجليد والصقيع من السطح، وهو ما يقول الفريق إنه أعلى كفاءة لإزالة الجليد تم تحقيقها على الإطلاق على سطح سلبي.

في الوقت الحالي، تصميم الفريق غير مناسب للاستخدام العملي. تتميز مصفوفات الأسلاك النانوية الخاصة بها بمتانة محدودة، وهي عرضة للأضرار الكيميائية، ويظل إنتاجها على نطاقات أكبر صعبًا ومكلفًا. ومع ذلك، يأمل الباحثون أنه من خلال البناء على نتائجهم، يمكن أن يؤدي إجراء المزيد من الأبحاث قريبًا إلى مواد ذات أداء مماثل في إزالة الجليد، مما يجعل خطوة أقرب إلى الطرح التجاري.

تم وصف البحث في المجلة الدولية للتصنيع المتطرف.

الطابع الزمني:

اكثر من عالم الفيزياء