Vasest nanojuhtmete hulk on suurepärane passiivse jäätõrjega – Physics World

Vasest nanojuhtmete hulk on suurepärane passiivse jäätõrjega – Physics World

Ajatempel: 12. september 2023 11:45

Jäätõrje pind
Kuidas see töötab: liitpilt, millel on illustratsioonid jäätõrjeprotsessist ja elektronmikroskoobi kujutised nanojuhtme pinnalt. (Viisakalt: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen ja Xuehu Ma)

Hiina teadlased on avalikustanud passiivse katte, mis eemaldab pindadelt jää ja härmatise peaaegu 100% tõhusalt. Meeskonna disainis on rida vasest nanojuhtmeid, mis ühendavad suurepärased fototermilised, soojusjuhtivus- ja superhüdrofoobsed omadused, et saavutada väga kõrge sulatamise efektiivsus.

Katte töötas välja Siyan Yang ja kolleegid Daliani tehnikaülikoolist, Hongkongi linnaülikoolist ja Hongkongi polütehnilisest ülikoolist.

Jää kogunemine külmadele pindadele võib tekitada probleeme paljudes olukordades alates krüogeensest külmumisest kuni lennukitiibadeni. Kuigi jää ja härmatise eemaldamiseks on välja töötatud mitmesuguseid tehnikaid, on neil kõigil puudusi. "Traditsioonilised jäätõrje- ja sulatuslahendused tuginevad peamiselt mehaanilistele, termilistele ja keemilistele lähenemisviisidele, mis kõik on kas energia-, töömahukad või keskkonnavaenulikud," selgitab Yang. "Lisaks nõudsid mõned neist aktiivsetest lähenemisviisidest otsest kontakti materjali pinnaga, mis kujutab endast ohtu õrnadele kattekihtidele."

Passiivsed lähenemised

Viimasel ajal on jäätõrje- ja sulatustehnoloogias toimunud nihe passiivsete lähenemisviiside suunas, mis hõlmavad materjali pindade muutmist, et vältida jää teket ja kogunemist. See hõlmab sageli libedate, hüdrofoobsete või isegi faasimuutvate pindade kujundamist. Need võivad vähendada jää ja härmatise füüsiliseks eemaldamiseks vajalikku jõudu või takistada veepiiskade kleepumist ja külmumist.

Üks eriti paljutõotav edusamm on olnud fototermiliste kattekihtide väljatöötamine, mis muudavad päikesevalguse soojuseks, sulatades seeläbi jää ja härmatise isegi külmumistingimustes. Seda tehnoloogiat on aga tagasi hoidnud olemasolevate katete piiratud soojusjuhtivus. Selle tulemuseks on ebaühtlane kuumenemine ning tugev vastastikmõju pindade ja veepiiskade vahel, mis põhjustab sulavee ebaühtlase eemaldamise kiirust – mõlemad piiravad sulatamist.

Nüüd on Yang ja kolleegid kavandanud uut tüüpi pinna, mis nende väljakutsetega tegeleb. Pinnal on rida vask-nanojuhtmeid, mis on kokku pandud lihtsa elektroodsadestamise meetodil. Meeskonna sõnul ühendab nende disain ühes materjalis suurepärased fototermilised, soojusjuhtivad ja superhüdrofoobsed omadused.

Püstine ja hüdrofoobne

Nanojuhtmete väga järjestatud muster neelab väga hästi päikesevalgust – ja vase kõrge soojusjuhtivus võimaldab kinnipüütud soojusel levida kiiresti ja ühtlaselt kogu massiivi ulatuses. Meeskonna loodud nanotraadi mustrite hulgas oli püstised nanojuhtmed, mis olid eraldatud umbes 2–3 mikroni suuruste mikrosoontega. See struktuur muutis pinna äärmiselt hüdrofoobseks: võimaldades sulaveel ühtlaselt ära voolata.

"Märgutavuse ja fototermiliste testide abil leidsime, et enamikku nanojuhtmete komplekte saab käsitleda superhüdrofoobsetena, mille päikesevalguse neeldumismäär on suurem kui 95%, " selgitab meeskonnaliige Qixun Li. "Vaskmaterjalide suure juhtivuse tõttu võimaldavad nanojuhtmekomplektid suurepäraseid jäätõrje- ja sulatustulemusi."

Tulemuseks on see, et pinnalt eemaldatakse peaaegu 100% jääst ja härmatisest, mis on meeskonna sõnul kõrgeim passiivsel pinnal saavutatud sulatamise efektiivsus.

Praegu pole meeskonna disain praktiliseks kasutamiseks sobiv. Nende nanotraadi massiividel on piiratud vastupidavus, need on keemiliste kahjustuste suhtes tundlikud ning neid on raske ja kulukas toota suuremas mahus. Siiski loodavad teadlased, et nende tulemuste põhjal võivad edasised uuringud peagi viia sarnase sulatusvõimega materjalideni, mis on sammu võrra lähemal kaubanduslikule kasutuselevõtule.

Uuringut on kirjeldatud International Journal of Extreme Manufacturing.

Ajatempel:

Veel alates Füüsika maailm