Un réseau de nanofils de cuivre excelle dans le dégivrage passif – Physics World

Un revêtement passif efficace à presque 100 % pour éliminer la glace et le givre des surfaces a été dévoilé par des chercheurs chinois. La conception de l'équipe comprend une gamme de nanofils de cuivre qui combinent d'excellentes propriétés photothermiques, conductrices de chaleur et superhydrophobes pour atteindre une efficacité de dégivrage très élevée.

Le revêtement a été développé par Siyan Yang et des collègues de l'Université de technologie de Dalian, de l'Université de la ville de Hong Kong et de l'Université polytechnique de Hong Kong.

L’accumulation de glace sur les surfaces froides peut poser des problèmes dans un large éventail de situations, depuis la congélation cryogénique jusqu’aux ailes d’avion. Bien que diverses techniques aient été développées pour éliminer la glace et le givre, elles présentent toutes des inconvénients. « Les solutions traditionnelles de dégivrage et de dégivrage reposent principalement sur des approches mécaniques, thermiques et chimiques, qui sont toutes soit à forte intensité d'énergie, à forte intensité de main d'œuvre, soit peu respectueuses de l'environnement », explique Yang. "De plus, certaines de ces approches actives nécessitaient un contact direct avec la surface du matériau, ce qui présentait des risques pour les revêtements délicats."

Approches passives

Plus récemment, la technologie de dégivrage et de dégivrage a évolué vers des approches passives, qui impliquent de modifier les surfaces des matériaux pour empêcher la formation et l'accumulation de glace. Cela implique souvent de concevoir des surfaces glissantes, hydrophobes, voire à changement de phase. Ceux-ci peuvent réduire la force nécessaire pour éliminer physiquement la glace et le givre, ou empêcher les gouttelettes d’eau d’adhérer et de geler en premier lieu.

Une avancée particulièrement prometteuse a été le développement de revêtements photothermiques qui convertissent la lumière du soleil en chaleur, faisant ainsi fondre la glace et le givre, même dans des conditions glaciales. Cependant, cette technologie a été freinée par la conductivité thermique limitée des revêtements existants. Cela entraîne un chauffage inégal et de fortes interactions entre les surfaces et les gouttelettes d'eau, conduisant à des taux inégaux d'élimination de l'eau de fonte, limitant les performances de dégivrage.

Maintenant, Yang et ses collègues ont conçu un nouveau type de surface qui répond à ces défis. La surface présente un ensemble de nanofils de cuivre assemblés à l’aide d’une méthode simple d’électrodéposition. Selon l’équipe, leur conception combine d’excellentes propriétés photothermiques, thermoconductrices et superhydrophobes dans un seul matériau.

Droit et hydrophobe

Le motif hautement ordonné des nanofils absorbe très bien la lumière du soleil – et la conductivité thermique élevée du cuivre permet à la chaleur capturée de se propager rapidement et uniformément dans l’ensemble du réseau. Parmi les modèles de nanofils créés par l’équipe figurait un arrangement de nanofils verticaux, séparés par des microrainures d’environ 2 à 3 microns de diamètre. Cette structure rendait la surface extrêmement hydrophobe : permettant à l’eau de fonte de s’écouler uniformément.

Des cristaux de glace sautent des surfaces grâce à une nouvelle technique de dégivrage électrostatique

"Grâce à des tests de mouillabilité et photothermiques, nous avons constaté que la plupart des assemblages de nanofils peuvent être traités comme superhydrophobes, avec un taux d'absorption de la lumière solaire supérieur à 95 %", explique Qixun Li, membre de l'équipe. "En raison de la conductivité élevée des matériaux en cuivre, les assemblages de nanofils permettent d'excellentes performances de dégivrage et de dégivrage."

Le résultat est que près de 100 % de la glace et du givre sont éliminés de la surface, ce qui, selon l'équipe, constitue l'efficacité de dégivrage la plus élevée jamais atteinte sur une surface passive.

Pour l’instant, la conception de l’équipe n’est pas adaptée à une utilisation pratique. Leurs réseaux de nanofils ont une durabilité limitée, sont vulnérables aux dommages chimiques et restent difficiles et coûteux à produire à plus grande échelle. Cependant, les chercheurs espèrent qu’en s’appuyant sur leurs résultats, des recherches plus approfondies pourraient bientôt conduire à des matériaux présentant des performances de dégivrage similaires, un pas de plus vers un déploiement commercial.

La recherche est décrite dans le Journal international de la fabrication extrême.

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