آرایه ای از نانوسیم های مس در یخ زدایی غیرفعال برتری دارد - دنیای فیزیک

آرایه ای از نانوسیم های مس در یخ زدایی غیرفعال برتری دارد - دنیای فیزیک

تمبر زمانی: 12 سپتامبر 2023، 11:45 صبح

سطح یخ زدایی
نحوه کار: تصویر ترکیبی که تصاویری از فرآیند یخ زدایی را نشان می دهد و تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطح نانوسیم. (با احترام: سیان یانگ، کیسون لی، بینگانگ دو، یوشان یینگ، ییجون زنگ، یوانکای جین، زوئژی کین، شووی گائو، استیون وانگ، زوانکای وانگ، رونگ فو ون و ژئوهو ما)

یک پوشش غیرفعال که تقریباً 100٪ در از بین بردن یخ و یخ از سطوح مؤثر است توسط محققان در چین رونمایی شد. طراحی این تیم مجموعه‌ای از نانوسیم‌های مسی را نشان می‌دهد که خواص نور گرمایی، رسانایی گرما و ابرآبگریز عالی را برای دستیابی به راندمان یخ‌زدایی بسیار بالا ترکیب می‌کند.

پوشش توسط سیان یانگ و همکارانش در دانشگاه صنعتی دالیان، دانشگاه سیتی هنگ کنگ و دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ.

تجمع یخ بر روی سطوح سرد می تواند در طیف وسیعی از موقعیت ها از انجماد برودتی گرفته تا بال های هواپیما مشکلاتی ایجاد کند. در حالی که تکنیک های مختلفی برای از بین بردن یخ و یخبندان ایجاد شده است، اما همه آنها دارای کاستی هایی هستند. یانگ توضیح می‌دهد: «راه‌حل‌های سنتی یخ‌زدایی و یخ‌زدایی عمدتاً به روش‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی متکی هستند، که همگی یا انرژی‌بر، کار فشرده یا غیردوستانه با محیط زیست هستند. علاوه بر این، برخی از این رویکردهای فعال نیاز به تماس مستقیم با سطح مواد داشتند که خطراتی را برای پوشش های ظریف ایجاد می کند.

رویکردهای منفعلانه

اخیراً، فناوری یخ زدایی و یخ زدایی تغییری به سمت رویکردهای غیرفعال دیده است که شامل اصلاح سطوح مواد برای جلوگیری از تشکیل و تجمع یخ می شود. این اغلب شامل طراحی سطوح لغزنده، آبگریز یا حتی تغییر فاز می شود. اینها می توانند نیروی لازم برای حذف فیزیکی یخ و یخ زدگی را کاهش دهند یا در وهله اول از چسبیدن و یخ زدن قطرات آب جلوگیری کنند.

یکی از پیشرفت‌های امیدوارکننده، توسعه پوشش‌های فتوترمال است که نور خورشید را به گرما تبدیل می‌کند - در نتیجه یخ و یخ را حتی در شرایط یخبندان ذوب می‌کند. با این حال، این فناوری به دلیل هدایت حرارتی محدود پوشش‌های موجود متوقف شده است. این منجر به گرمایش ناهموار، و فعل و انفعالات قوی بین سطوح و قطرات آب می‌شود که منجر به نرخ‌های نابرابر حذف آب مذاب می‌شود - که هر دو عملکرد یخ‌زدایی را محدود می‌کنند.

اکنون یانگ و همکارانش نوع جدیدی از سطح طراحی کرده اند که به این چالش ها رسیدگی می کند. سطح دارای آرایه‌ای از نانوسیم‌های مسی است که با استفاده از یک روش رسوب الکتریکی ساده مونتاژ می‌شوند. به گفته این تیم، طراحی آنها خواص نور گرمایی، رسانایی گرما و فوق آبگریز را در یک ماده واحد ترکیب می کند.

عمودی و آبگریز

الگوی بسیار مرتب نانوسیم ها در جذب نور خورشید بسیار خوب است – و رسانایی حرارتی بالای مس به گرمای جذب شده اجازه می دهد تا به سرعت و به طور یکنواخت در کل آرایه پخش شود. در میان الگوهای نانوسیمی که این تیم ایجاد کردند، آرایشی از نانوسیم‌های عمودی بود که توسط ریز شیارهایی با عرض 2 تا 3 میکرون از هم جدا شده‌اند. این ساختار سطح را بسیار آبگریز می کرد: اجازه می داد آب مذاب به طور یکنواخت تخلیه شود.

Qixun Li یکی از اعضای تیم توضیح می‌دهد: «از طریق آزمایش‌های ترشوندگی و فتوترمال، ما دریافتیم که اکثر مجموعه‌های نانوسیم را می‌توان به عنوان ابرآبگریز، با نرخ جذب نور خورشید بیش از 95 درصد در نظر گرفت. به دلیل رسانایی بالای مواد مسی، مجموعه‌های نانوسیم عملکرد عالی در یخ‌زدایی و یخ‌زدایی را ممکن می‌کنند.

نتیجه این است که نزدیک به 100٪ یخ و یخ از سطح حذف می شود، که این تیم می گوید که بالاترین راندمان یخ زدایی است که تاکنون در سطح غیرفعال به دست آمده است.

در حال حاضر، طراحی تیم برای استفاده عملی مناسب نیست. آرایه‌های نانوسیم آن‌ها دوام محدودی دارند، در برابر آسیب‌های شیمیایی آسیب‌پذیر هستند و تولید آن‌ها در مقیاس‌های بزرگ‌تر دشوار و پرهزینه است. با این حال، محققان امیدوارند که با تکیه بر نتایج خود، تحقیقات بیشتر به زودی به موادی با عملکرد مشابه یخ زدایی منجر شود که یک قدم نزدیک‌تر به عرضه تجاری است.

تحقیق در شرح داده شده است مجله بین المللی تولید افراطی.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک