Un conjunto de nanocables de cobre destaca en el deshielo pasivo – Physics World

Investigadores en China han presentado un recubrimiento pasivo que es casi 100% efectivo para eliminar el hielo y la escarcha de las superficies. El diseño del equipo presenta una serie de nanocables de cobre que combinan excelentes propiedades fototérmicas, conductoras de calor y superhidrófobas para lograr una eficiencia de descongelación muy alta.

El recubrimiento fue desarrollado por Siyan Yang y colegas de la Universidad Tecnológica de Dalian, la Universidad de la Ciudad de Hong Kong y la Universidad Politécnica de Hong Kong.

La acumulación de hielo en superficies frías puede plantear problemas en una amplia gama de situaciones, desde la congelación criogénica hasta las alas de los aviones. Si bien se han desarrollado diversas técnicas para eliminar el hielo y la escarcha, todas tienen desventajas. "Las soluciones tradicionales de deshielo y descongelación se basan principalmente en enfoques mecánicos, térmicos y químicos, todos los cuales consumen mucha energía, mucha mano de obra o son perjudiciales para el medio ambiente", explica Yang. "Además, algunos de estos enfoques activos requerían contacto directo con la superficie del material, lo que plantea riesgos para los revestimientos delicados".

Enfoques pasivos

Más recientemente, la tecnología de deshielo y descongelamiento ha experimentado un cambio hacia enfoques pasivos, que implican modificar las superficies de los materiales para evitar que se forme y acumule hielo. Esto implica a menudo diseñar superficies resbaladizas, hidrófobas o incluso con cambio de fase. Estos pueden reducir la fuerza necesaria para eliminar físicamente el hielo y la escarcha, o evitar que las gotas de agua se adhieran y se congelen en primer lugar.

Un avance particularmente prometedor ha sido el desarrollo de revestimientos fototérmicos que convierten la luz solar en calor, derritiendo así el hielo y la escarcha, incluso en condiciones de congelación. Sin embargo, esta tecnología se ha visto frenada por la limitada conductividad térmica de los revestimientos existentes. Esto da como resultado un calentamiento desigual y fuertes interacciones entre las superficies y las gotas de agua que conducen a tasas desiguales de eliminación del agua de deshielo, y ambos limitan el rendimiento de descongelación.

Ahora, Yang y sus colegas han diseñado un nuevo tipo de superficie que aborda estos desafíos. La superficie presenta una serie de nanocables de cobre que se ensamblan mediante un método simple de electrodeposición. Según el equipo, su diseño combina excelentes propiedades fototérmicas, conductoras de calor y superhidrófobas en un solo material.

Vertical e hidrofóbico

El patrón altamente ordenado de nanocables es muy bueno para absorber la luz solar y la alta conductividad térmica del cobre permite que el calor capturado se distribuya rápida y uniformemente por todo el conjunto. Entre los patrones de nanocables que creó el equipo se encontraba una disposición de nanocables verticales, separados por microranuras de aproximadamente 2 a 3 micrones de ancho. Esta estructura hizo que la superficie fuera extremadamente hidrófoba: permitiendo que el agua de deshielo se drenara uniformemente.

Los cristales de hielo saltan de las superficies gracias a una nueva técnica de deshielo electrostático

"A través de pruebas fototérmicas y de humectabilidad, descubrimos que la mayoría de los conjuntos de nanocables pueden considerarse superhidrófobos, con una tasa de absorción de luz solar superior al 95%", explica el miembro del equipo Qixun Li. "Debido a la alta conductividad de los materiales de cobre, los conjuntos de nanocables permiten excelentes rendimientos de deshielo y descongelación".

El resultado es que cerca del 100% del hielo y la escarcha se elimina de la superficie, lo que, según el equipo, es la mayor eficiencia de descongelación jamás lograda en una superficie pasiva.

Por ahora, el diseño del equipo no es adecuado para un uso práctico. Sus conjuntos de nanocables tienen una durabilidad limitada, son vulnerables al daño químico y siguen siendo difíciles y costosos de producir a mayor escala. Sin embargo, los investigadores esperan que, basándose en sus resultados, más investigaciones pronto puedan conducir a materiales con un rendimiento de descongelación similar un paso más cerca de su lanzamiento comercial.

La investigación se describe en el Revista internacional de fabricación extrema.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/array-of-copper-nanowires-excels-at-passive-de-icing/