Lukuisat kupariset nanojohdot ovat loistavia passiivisessa jäänpoistossa – Physics World

Kiinalaiset tutkijat ovat paljastaneet passiivisen pinnoitteen, joka on lähes 100 % tehokas jään ja huurteen poistamiseen pinnoilta. Tiimin suunnittelussa on joukko kuparinanolankoja, joissa yhdistyvät erinomaiset fototermiset, lämpöä johtavat ja superhydrofobiset ominaisuudet erittäin korkean sulatustehokkuuden saavuttamiseksi.

Pinnoitteen on kehittänyt Siyan Yang ja kollegat Dalianin teknillisessä yliopistossa, Hongkongin kaupungin yliopistossa ja Hongkongin ammattikorkeakoulussa.

Jään kerääntyminen kylmille pinnoille voi aiheuttaa ongelmia monissa tilanteissa kryogeenisestä jäätymisestä lentokoneen siipiin. Vaikka jään ja huurteen poistamiseen on kehitetty erilaisia ​​tekniikoita, niissä kaikissa on puutteita. "Perinteiset jäänpoisto- ja sulatusratkaisut perustuvat pääasiassa mekaanisiin, lämpö- ja kemiallisiin lähestymistapoihin, jotka kaikki ovat joko energiaintensiivisiä, työvoimavaltaisia ​​tai ympäristöystävällisiä", Yang selittää. "Lisäksi jotkin näistä aktiivisista lähestymistavoista vaativat suoraa kosketusta materiaalin pintaan, mikä aiheutti riskejä herkille pinnoitteille."

Passiiviset lähestymistavat

Viime aikoina jäänpoisto- ja sulatusteknologiassa on havaittu siirtyminen kohti passiivisia lähestymistapoja, jotka sisältävät materiaalien pinnan muokkaamisen jään muodostumisen ja kerääntymisen estämiseksi. Tämä edellyttää usein liukkaiden, hydrofobisten tai jopa vaihetta muuttavien pintojen suunnittelua. Nämä voivat vähentää jään ja huurteen fyysiseen poistamiseen tarvittavaa voimaa tai estää vesipisaroiden kiinnittymisen ja jäätymisen alun perin.

Eräs erityisen lupaava edistysaskel on ollut fototermisten pinnoitteiden kehittäminen, jotka muuttavat auringonvalon lämmöksi ja sulattavat siten jäätä ja huurretta jopa pakkasolosuhteissa. Tätä tekniikkaa on kuitenkin jarruttanut olemassa olevien pinnoitteiden rajallinen lämmönjohtavuus. Tämä johtaa epätasaiseen lämpenemiseen ja pintojen ja vesipisaroiden väliseen voimakkaaseen vuorovaikutukseen, mikä johtaa epätasaiseen sulamisveden poistoon – molemmat rajoittavat sulatustehoa.

Nyt Yang ja kollegat ovat suunnitelleet uudentyyppisen pinnan, joka vastaa näihin haasteisiin. Pinnalla on joukko kuparin nanolankoja, jotka on koottu yksinkertaisella sähköpinnoitusmenetelmällä. Tiimin mukaan niiden suunnittelussa yhdistyvät erinomaiset fototermiset, lämpöä johtavat ja superhydrofobiset ominaisuudet yhdessä materiaalissa.

Pysty ja hydrofobinen

Nanolankojen erittäin järjestynyt kuvio imee erittäin hyvin auringonvaloa – ja kuparin korkea lämmönjohtavuus mahdollistaa talteen otetun lämmön leviämisen nopeasti ja tasaisesti koko ryhmälle. Ryhmän luomien nanolankakuvioiden joukossa oli pystysuorien nanolankojen järjestely, jotka erotettiin halkaisijaltaan noin 2–3 mikronia mikrourilla. Tämä rakenne teki pinnasta erittäin hydrofobisen: mahdollisti sulamisveden valumisen tasaisesti.

Jääkiteet hyppäävät pinnoilta uudessa sähköstaattisessa jäänpoistotekniikassa

"Kostutettavuus- ja fototermisten testien avulla havaitsimme, että useimpia nanolankakokoonpanoja voidaan käsitellä superhydrofobisina, ja auringonvalon absorptioaste on yli 95 %", selittää ryhmän jäsen Qixun Li. "Kuparimateriaalien korkean johtavuuden ansiosta nanolankakokoonpanot mahdollistavat erinomaiset jäänpoisto- ja sulatusominaisuudet."

Tuloksena on, että lähes 100 % jäästä ja huurreesta poistuu pinnalta, mikä on tiimin mukaan paras passiivisella pinnalla koskaan saavutettu sulatustehokkuus.

Toistaiseksi joukkueen suunnittelu ei sovellu käytännön käyttöön. Niiden nanolankasarjat ovat kestäviä, ne ovat herkkiä kemiallisille vaurioille ja ovat edelleen vaikeita ja kalliita tuottaa suuremmassa mittakaavassa. Tutkijat kuitenkin toivovat, että heidän tuloksiensa pohjalta lisätutkimukset voivat pian johtaa materiaaleihin, joilla on samanlainen sulatuskyky, askeleen lähemmäksi kaupallista käyttöönottoa.

Tutkimus on kuvattu International Journal of Extreme Manufacturing.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/array-of-copper-nanowires-excels-at-passive-de-icing/