Una serie di nanofili di rame eccelle nello sghiacciamento passivo – Physics World

Alcuni ricercatori cinesi hanno presentato un rivestimento passivo efficace quasi al 100% nel rimuovere ghiaccio e brina dalle superfici. Il progetto del team presenta una serie di nanofili di rame che combinano eccellenti proprietà fototermiche, di conduzione del calore e superidrofobiche per ottenere un'efficienza di sbrinamento molto elevata.

Il rivestimento è stato sviluppato da Siyan Yang e colleghi della Dalian University of Technology, della City University di Hong Kong e del Politecnico di Hong Kong.

L'accumulo di ghiaccio sulle superfici fredde può porre problemi in un'ampia gamma di situazioni, dal congelamento criogenico alle ali degli aerei. Sebbene siano state sviluppate diverse tecniche per rimuovere ghiaccio e brina, tutte presentano dei limiti. “Le soluzioni tradizionali di sghiacciamento e scongelamento si basano principalmente su approcci meccanici, termici e chimici, che sono tutti ad alta intensità energetica, ad alta intensità di manodopera o dannosi per l’ambiente”, spiega Yang. “Inoltre, alcuni di questi approcci attivi richiedevano il contatto diretto con la superficie del materiale, comportando rischi per i rivestimenti delicati”.

Approcci passivi

Più recentemente, la tecnologia di sghiacciamento e scongelamento ha visto uno spostamento verso approcci passivi, che comportano la modifica delle superfici dei materiali per prevenire la formazione e l’accumulo di ghiaccio. Ciò spesso comporta la progettazione di superfici scivolose, idrofobe o addirittura a cambiamento di fase. Questi possono ridurre la forza necessaria per rimuovere fisicamente ghiaccio e brina o impedire in primo luogo che le gocce d'acqua aderiscano e si congelino.

Un progresso particolarmente promettente è stato lo sviluppo di rivestimenti fototermici che convertono la luce solare in calore, sciogliendo così ghiaccio e brina, anche in condizioni di gelo. Tuttavia, questa tecnologia è stata frenata dalla limitata conduttività termica dei rivestimenti esistenti. Ciò si traduce in un riscaldamento non uniforme e in forti interazioni tra le superfici e le gocce d’acqua che portano a velocità non uniformi di rimozione dell’acqua di fusione, limitando entrambe le prestazioni di sbrinamento.

Ora, Yang e colleghi hanno progettato un nuovo tipo di superficie che affronta queste sfide. La superficie presenta una serie di nanofili di rame assemblati utilizzando un semplice metodo di elettrodeposizione. Secondo il team, il loro design combina eccellenti proprietà fototermiche, di conduzione del calore e superidrofobiche in un unico materiale.

Eretto e idrofobo

La struttura altamente ordinata dei nanofili assorbe molto bene la luce solare e l’elevata conduttività termica del rame consente al calore catturato di diffondersi rapidamente e in modo uniforme nell’intero array. Tra i modelli di nanofili creati dal team c'era una disposizione di nanofili verticali, separati da microscanalature di circa 2-3 micron di diametro. Questa struttura rendeva la superficie estremamente idrofobica: consentendo all'acqua di fusione di defluire in modo uniforme.

I cristalli di ghiaccio saltano dalle superfici con una nuova tecnica di sghiacciamento elettrostatico

«Attraverso test di bagnabilità e fototermici, abbiamo scoperto che la maggior parte degli assemblaggi di nanofili può essere trattata come superidrofobica, con un tasso di assorbimento della luce solare superiore al 95%», spiega il membro del team Qixun Li. “Grazie all’elevata conduttività dei materiali in rame, gli assemblaggi di nanofili consentono eccellenti prestazioni di sbrinamento e scongelamento”.

Il risultato è che quasi il 100% del ghiaccio e della brina vengono rimossi dalla superficie, il che secondo il team rappresenta la più alta efficienza di sbrinamento mai raggiunta su una superficie passiva.

Per ora il design del team non è adatto all'uso pratico. Le loro matrici di nanofili hanno una durata limitata, sono vulnerabili ai danni chimici e rimangono difficili e costose da produrre su scala più ampia. Tuttavia, i ricercatori sperano che, basandosi sui loro risultati, ulteriori ricerche possano presto portare a materiali con prestazioni di scongelamento simili, un passo più vicini al lancio commerciale.

La ricerca è descritta nel Giornale internazionale di produzione estrema.

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