Array af kobber nanotråde udmærker sig ved passiv afisning - Physics World

Array af kobber nanotråde udmærker sig ved passiv afisning - Physics World

Tidsstempel: 12. september 2023 kl. 11

Afisningsoverflade
Sådan virker det: sammensat billede, der viser illustrationer af afisningsprocessen og elektronmikroskopbilleder af nanotrådens overflade. (Med høflighed: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen og Xuehu Ma)

En passiv belægning, der er næsten 100 % effektiv til at fjerne is og frost fra overflader, er blevet afsløret af forskere i Kina. Teamets design har en række kobber nanotråde, der kombinerer fremragende fototermiske, varmeledende og superhydrofobe egenskaber for at opnå en meget høj afrimningseffektivitet.

Belægningen er udviklet af Siyan Yang og kolleger ved Dalian University of Technology, City University of Hong Kong og The Hong Kong Polytechnic University.

Opbygning af is på kolde overflader kan give problemer i en lang række situationer fra kryogen frysning til flyvinger. Mens en række forskellige teknikker er blevet udviklet til at fjerne is og frost, har de alle mangler. "Traditionelle afisnings- og afrimningsløsninger er hovedsageligt afhængige af mekaniske, termiske og kemiske tilgange, som alle er enten energikrævende, arbejdskrævende eller miljøvenlige," forklarer Yang. "Derudover krævede nogle af disse aktive tilgange direkte kontakt med materialets overflade, hvilket udgør en risiko for sarte belægninger."

Passive tilgange

På det seneste har afisnings- og afrimningsteknologien set et skift i retning af passive tilgange, som involverer modificering af materialeoverflader for at forhindre is i at danne og bygge sig op. Dette involverer ofte design af glatte, hydrofobe eller endda faseskiftende overflader. Disse kan reducere den kraft, der kræves for fysisk at fjerne is og frost, eller forhindre vanddråber i at klæbe og fryse i første omgang.

Et særligt lovende fremskridt har været udviklingen af ​​fototermiske belægninger, der omdanner sollys til varme – og derved smelter is og frost, selv under frostforhold. Denne teknologi er dog blevet holdt tilbage af den begrænsede termiske ledningsevne af eksisterende belægninger. Dette resulterer i ujævn opvarmning og stærke vekselvirkninger mellem overflader og vanddråber, der fører til ujævne hastigheder af smeltevandsfjernelse – med begge en begrænsning af afrimningsydelsen.

Nu har Yang og kolleger designet en ny type overflade, der løser disse udfordringer. Overfladen har en række kobber nanotråde, der er samlet ved hjælp af en simpel elektroaflejringsmetode. Ifølge teamet kombinerer deres design fremragende fototermiske, varmeledende og superhydrofobe egenskaber i et enkelt materiale.

Opretstående og hydrofobisk

Det højt ordnede mønster af nanotråde er meget gode til at absorbere sollys - og kobbers høje varmeledningsevne gør det muligt for den opfangede varme at spredes hurtigt og jævnt gennem hele arrayet. Blandt de nanotrådsmønstre, som holdet skabte, var et arrangement af opretstående nanotråde, adskilt af mikroriller på omkring 2-3 mikron på tværs. Denne struktur gjorde overfladen ekstremt hydrofob: lod smeltevandet løbe jævnt af.

"Gennem befugtnings- og fototermiske tests fandt vi ud af, at de fleste nanotrådssamlinger kan behandles som superhydrofobe, med en absorptionshastighed for sollys på mere end 95 %," forklarer teammedlem Qixun Li. "På grund af kobbermaterialernes høje ledningsevne muliggør nanotrådssamlinger fremragende afisnings- og afrimningsydelser."

Resultatet er, at tæt på 100 % af is og frost fjernes fra overfladen, hvilket teamet siger er den højeste afrimningseffektivitet, der nogensinde er opnået på en passiv overflade.

Indtil videre er holdets design ikke egnet til praktisk brug. Deres nanowire-arrays har en begrænset holdbarhed, er sårbare over for kemiske skader og forbliver vanskelige og dyre at producere i større skalaer. Forskerne håber dog, at ved at bygge videre på deres resultater, kan yderligere forskning snart føre til, at materialer med en lignende afrimningsevne et skridt nærmere en kommerciel udrulning.

Forskningen er beskrevet i International Journal of Extreme Manufacturing.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden