Η συστοιχία νανοσυρμάτων χαλκού υπερέχει στην παθητική αποπάγωση – Physics World

Μια παθητική επίστρωση που είναι σχεδόν 100% αποτελεσματική στην αφαίρεση του πάγου και του παγετού από τις επιφάνειες αποκαλύφθηκε από ερευνητές στην Κίνα. Ο σχεδιασμός της ομάδας διαθέτει μια σειρά από νανοσύρματα χαλκού που συνδυάζουν εξαιρετικές φωτοθερμικές, θερμοαγώγιμες και υπερυδρόφοβες ιδιότητες για την επίτευξη πολύ υψηλής απόδοσης απόψυξης.

Η επίστρωση αναπτύχθηκε από Σιγιάν Γιανγκ και συναδέλφους στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Dalian, το City University of Hong Kong και το The Hong Kong Polytechnic University.

Η συσσώρευση πάγου σε κρύες επιφάνειες μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα σε ένα ευρύ φάσμα καταστάσεων, από την κρυογονική κατάψυξη έως τα φτερά του αεροσκάφους. Ενώ έχουν αναπτυχθεί μια ποικιλία τεχνικών για την αφαίρεση του πάγου και του παγετού, όλες έχουν ελλείψεις. «Οι παραδοσιακές λύσεις αποπάγωσης και απόψυξης βασίζονται κυρίως σε μηχανικές, θερμικές και χημικές προσεγγίσεις, οι οποίες είναι είτε ενεργοβόρες, εντάσεως εργασίας ή μη φιλικές προς το περιβάλλον», εξηγεί ο Yang. «Επιπλέον, ορισμένες από αυτές τις ενεργές προσεγγίσεις απαιτούσαν άμεση επαφή με την επιφάνεια του υλικού, θέτοντας κινδύνους για ευαίσθητες επικαλύψεις».

Παθητικές προσεγγίσεις

Πιο πρόσφατα, η τεχνολογία αποπάγωσης και απόψυξης έχει δει μια στροφή προς τις παθητικές προσεγγίσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν την τροποποίηση των επιφανειών του υλικού για να αποτραπεί ο σχηματισμός και η συσσώρευση πάγου. Αυτό συχνά περιλαμβάνει το σχεδιασμό ολισθηρών, υδρόφοβων ή ακόμα και επιφανειών που αλλάζουν φάση. Αυτά μπορούν να μειώσουν τη δύναμη που απαιτείται για την φυσική απομάκρυνση του πάγου και του παγετού ή να εμποδίσουν τα σταγονίδια νερού να προσκολληθούν και να παγώσουν αρχικά.

Μια ιδιαίτερα πολλά υποσχόμενη πρόοδος ήταν η ανάπτυξη φωτοθερμικών επικαλύψεων που μετατρέπουν το ηλιακό φως σε θερμότητα – λιώνοντας έτσι τον πάγο και τον παγετό, ακόμη και σε συνθήκες παγετού. Ωστόσο, αυτή η τεχνολογία έχει συγκρατηθεί από την περιορισμένη θερμική αγωγιμότητα των υπαρχουσών επιστρώσεων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη θέρμανση και τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των επιφανειών και των σταγονιδίων νερού που οδηγούν σε άνισους ρυθμούς απομάκρυνσης του νερού τήξης – με αμφότερα τα οποία περιορίζουν την απόδοση απόψυξης.

Τώρα, ο Yang και οι συνεργάτες του έχουν σχεδιάσει έναν νέο τύπο επιφάνειας που αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις. Η επιφάνεια διαθέτει μια σειρά από νανοσύρματα χαλκού που συναρμολογούνται χρησιμοποιώντας μια απλή μέθοδο ηλεκτροαπόθεσης. Σύμφωνα με την ομάδα, ο σχεδιασμός τους συνδυάζει εξαιρετικές φωτοθερμικές, θερμοαγώγιμες και υπερυδρόφοβες ιδιότητες σε ένα μόνο υλικό.

Όρθιο και υδρόφοβο

Το εξαιρετικά διατεταγμένο σχέδιο των νανοσυρμάτων είναι πολύ καλό στην απορρόφηση του ηλιακού φωτός – και η υψηλή θερμική αγωγιμότητα του χαλκού επιτρέπει στη συλλεγόμενη θερμότητα να εξαπλώνεται γρήγορα και ομοιόμορφα σε ολόκληρη τη συστοιχία. Μεταξύ των μοτίβων νανοσύρματος που δημιούργησε η ομάδα ήταν μια διάταξη από όρθια νανοσύρματα, που χωρίζονται από μικροαυλάκια πλάτους περίπου 2-3 ​​micron. Αυτή η δομή έκανε την επιφάνεια εξαιρετικά υδρόφοβη: επιτρέποντας στο νερό τήξης να αποστραγγίζεται ομοιόμορφα.

Οι κρύσταλλοι πάγου πηδούν από τις επιφάνειες με νέα τεχνική ηλεκτροστατικής αποπάγωσης

«Μέσω δοκιμών διαβρεξιμότητας και φωτοθερμικών δοκιμών, διαπιστώσαμε ότι τα περισσότερα συγκροτήματα νανοσύρματος μπορούν να αντιμετωπιστούν ως υπερυδρόφοβα, με ποσοστό απορρόφησης ηλιακού φωτός μεγαλύτερο από 95%,» εξηγεί το μέλος της ομάδας Qixun Li. «Λόγω της υψηλής αγωγιμότητας των υλικών χαλκού, τα συγκροτήματα νανοσύρματος επιτρέπουν εξαιρετικές επιδόσεις απόψυξης και απόψυξης».

Το αποτέλεσμα είναι ότι σχεδόν το 100% του πάγου και του παγετού απομακρύνεται από την επιφάνεια, κάτι που σύμφωνα με την ομάδα είναι η υψηλότερη απόδοση απόψυξης που έχει επιτευχθεί ποτέ σε παθητική επιφάνεια.

Προς το παρόν, ο σχεδιασμός της ομάδας δεν είναι κατάλληλος για πρακτική χρήση. Οι συστοιχίες νανοσυρμάτων τους έχουν περιορισμένη αντοχή, είναι ευάλωτες σε χημικές βλάβες και παραμένουν δύσκολο και ακριβό να παραχθούν σε μεγαλύτερες κλίμακες. Ωστόσο, οι ερευνητές ελπίζουν ότι με βάση τα αποτελέσματά τους, περαιτέρω έρευνα θα μπορούσε σύντομα να οδηγήσει σε υλικά με παρόμοια απόδοση απόψυξης, ένα βήμα πιο κοντά στην εμπορική κυκλοφορία.

Η έρευνα περιγράφεται στο International Journal of Extreme Manufacturing.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• ChartPrime. Ανεβάστε το Trading Game σας με το ChartPrime. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/array-of-copper-nanowires-excels-at-passive-de-icing/