निष्क्रिय डी-आइसिंग में तांबे के नैनोवायरों की श्रृंखला उत्कृष्ट है - भौतिकी विश्व

निष्क्रिय डी-आइसिंग में तांबे के नैनोवायरों की श्रृंखला उत्कृष्ट है - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 12 सितंबर, 2023 11:45 पूर्वाह्न

डी-आइसिंग सतह
यह कैसे काम करता है: डी-आइसिंग प्रक्रिया के चित्र और नैनोवायर सतह की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियां दिखाने वाली समग्र छवि। (सौजन्य: सियान यांग, किक्सुन ली, बिंगांग डू, युशान यिंग, यिजुन ज़ेंग, युंकाई जिन, ज़ुएझी किन, शौवेई गाओ, स्टीवन वांग, ज़ुआंकाई वांग, रोंगफू वेन और ज़ुएहु मा)

चीन में शोधकर्ताओं द्वारा एक निष्क्रिय कोटिंग का अनावरण किया गया है जो सतहों से बर्फ और पाला हटाने में लगभग 100% प्रभावी है। टीम के डिज़ाइन में तांबे के नैनोवायरों की एक श्रृंखला शामिल है जो बहुत उच्च डिफ्रॉस्टिंग दक्षता प्राप्त करने के लिए उत्कृष्ट फोटोथर्मल, गर्मी-संचालन और सुपरहाइड्रोफोबिक गुणों को जोड़ती है।

कोटिंग का विकास किसके द्वारा किया गया था? सियान यांग और डालियान यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी, सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ़ हांगकांग और द हांगकांग पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी में सहकर्मी।

ठंडी सतहों पर बर्फ का जमाव क्रायोजेनिक ठंड से लेकर विमान के पंखों तक कई स्थितियों में समस्याएँ पैदा कर सकता है। हालाँकि बर्फ और पाले को हटाने के लिए कई तरह की तकनीकें विकसित की गई हैं, लेकिन उन सभी में कमियाँ हैं। यांग बताते हैं, "पारंपरिक डी-आइसिंग और डीफ्रॉस्टिंग समाधान मुख्य रूप से यांत्रिक, थर्मल और रासायनिक दृष्टिकोण पर निर्भर करते हैं, जो सभी या तो ऊर्जा-गहन, श्रम-गहन या पर्यावरण के अनुकूल नहीं हैं।" "इसके अतिरिक्त, इनमें से कुछ सक्रिय दृष्टिकोणों को सामग्री की सतह के साथ सीधे संपर्क की आवश्यकता होती है, जिससे नाजुक कोटिंग्स के लिए जोखिम पैदा होता है।"

निष्क्रिय दृष्टिकोण

हाल ही में, डी-आइसिंग और डीफ़्रॉस्टिंग तकनीक में निष्क्रिय दृष्टिकोण की ओर बदलाव देखा गया है, जिसमें बर्फ को बनने और जमने से रोकने के लिए सामग्री सतहों को संशोधित करना शामिल है। इसमें अक्सर फिसलन वाली, हाइड्रोफोबिक या यहां तक ​​कि चरण बदलने वाली सतहों को डिजाइन करना शामिल होता है। ये भौतिक रूप से बर्फ और पाले को हटाने के लिए आवश्यक बल को कम कर सकते हैं, या पानी की बूंदों को चिपकने और जमने से रोक सकते हैं।

एक विशेष रूप से आशाजनक प्रगति फोटोथर्मल कोटिंग्स का विकास है जो सूरज की रोशनी को गर्मी में परिवर्तित करती है - जिससे बर्फ और ठंढ पिघलती है, यहां तक ​​​​कि ठंड की स्थिति में भी। हालाँकि, मौजूदा कोटिंग्स की सीमित तापीय चालकता के कारण यह तकनीक बाधित हुई है। इसके परिणामस्वरूप असमान ताप होता है, और सतहों और पानी की बूंदों के बीच मजबूत संपर्क के कारण पिघले पानी को हटाने की असमान दर होती है - दोनों ही डीफ्रॉस्टिंग प्रदर्शन को सीमित करते हैं।

अब, यांग और उनके सहयोगियों ने एक नई प्रकार की सतह डिज़ाइन की है जो इन चुनौतियों का समाधान करती है। सतह में तांबे के नैनोवायरों की एक श्रृंखला होती है जिन्हें एक सरल इलेक्ट्रोडेपोजिशन विधि का उपयोग करके इकट्ठा किया जाता है। टीम के अनुसार, उनका डिज़ाइन एक ही सामग्री में उत्कृष्ट फोटोथर्मल, ताप-संचालन और सुपरहाइड्रोफोबिक गुणों को जोड़ता है।

ईमानदार और हाइड्रोफोबिक

नैनोवायरों का उच्च क्रम वाला पैटर्न सूरज की रोशनी को अवशोषित करने में बहुत अच्छा है - और तांबे की उच्च तापीय चालकता कैप्चर की गई गर्मी को पूरे सरणी में तेजी से और समान रूप से फैलाने की अनुमति देती है। टीम द्वारा बनाए गए नैनोवायर पैटर्न में सीधे नैनोवायरों की एक व्यवस्था थी, जो लगभग 2-3 माइक्रोन के माइक्रोग्रूव्स द्वारा अलग किए गए थे। इस संरचना ने सतह को अत्यधिक हाइड्रोफोबिक बना दिया: पिघले पानी को समान रूप से निकलने की अनुमति दी।

टीम के सदस्य क्यूक्सुन ली बताते हैं, "वेटटेबिलिटी और फोटोथर्मल परीक्षणों के माध्यम से, हमने पाया कि अधिकांश नैनोवायर असेंबलियों को सुपरहाइड्रोफोबिक के रूप में माना जा सकता है, जिसमें सूरज की रोशनी अवशोषण दर 95% से अधिक है।" "तांबे की सामग्रियों की उच्च चालकता के कारण, नैनोवायर असेंबलियां उत्कृष्ट डी-आइसिंग और डीफ्रॉस्टिंग प्रदर्शन सक्षम करती हैं।"

इसका परिणाम यह होता है कि सतह से लगभग 100% बर्फ और पाला हट जाता है, जिसके बारे में टीम का कहना है कि यह किसी निष्क्रिय सतह पर अब तक हासिल की गई सबसे अधिक डिफ्रॉस्टिंग दक्षता है।

फिलहाल, टीम का डिज़ाइन व्यावहारिक उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है। उनके नैनोवायर सरणियों में सीमित स्थायित्व होता है, वे रासायनिक क्षति के प्रति संवेदनशील होते हैं, और बड़े पैमाने पर उत्पादन करना कठिन और महंगा होता है। हालाँकि, शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि उनके परिणामों के आधार पर, आगे के शोध से जल्द ही समान डिफ्रॉस्टिंग प्रदर्शन वाली सामग्रियों को वाणिज्यिक रोलआउट के करीब एक कदम आगे बढ़ाया जा सकता है।

अनुसंधान में वर्णित है एक्सट्रीम मैन्युफैक्चरिंग का इंटरनेशनल जर्नल.

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