銅ナノワイヤーの配列は受動的な除氷に優れています – Physics World

表面から氷や霜を除去するのにほぼ100%効果がある不動態コーティングが中国の研究者によって発表された。 同チームの設計は、優れた光熱特性、熱伝導特性、超疎水特性を組み合わせた一連の銅ナノワイヤを特徴としており、非常に高い霜取り効率を実現している。

このコーティングを開発したのは、 シヤン・ヤン 大連理工大学、香港城市大学、香港理工大学の同僚ら。

冷たい表面に氷が蓄積すると、極低温凍結から航空機の翼に至るまで、幅広い状況で問題が発生する可能性があります。 氷や霜を除去するためにさまざまな技術が開発されてきましたが、それらにはすべて欠点があります。 「従来の除氷および霜取りソリューションは主に機械的、熱的、および化学的アプローチに依存していますが、それらはすべてエネルギー集約型、労働集約型、または環境に優しくないものです」とヤン氏は説明します。 「さらに、これらの積極的なアプローチの一部は素材表面に直接接触する必要があり、繊細なコーティングにリスクをもたらしました。」

受動的なアプローチ

最近では、除氷および霜取り技術が受動的なアプローチに移行しており、これには氷の形成や蓄積を防ぐために材料の表面を変更することが含まれます。 これには、滑りやすい表面、疎水性の表面、さらには相変化する表面の設計が含まれることがよくあります。 これらにより、氷や霜を物理的に除去するのに必要な力を軽減したり、そもそも水滴の付着や凍結を防ぐことができます。

特に有望な進歩の XNUMX つは、太陽光を熱に変換する光熱コーティングの開発です。これにより、凍結条件下でも氷や霜を溶かします。 しかし、この技術は、既存のコーティングの熱伝導率が限られているために妨げられてきました。 その結果、加熱が不均一になり、表面と水滴の間の強い相互作用が不均一な融解水の除去速度につながり、両方とも霜取り性能を制限します。

今回、Yang らはこれらの課題に対処する新しいタイプの表面を設計しました。 表面には、シンプルな電着法を使用して組み立てられた銅ナノワイヤーの配列が特徴です。 研究チームによると、彼らの設計は、優れた光熱特性、熱伝導特性、および超疎水特性を単一の材料に組み合わせているという。

直立型で疎水性

ナノワイヤーの高度に規則正しいパターンは太陽光の吸収に非常に優れており、銅の高い熱伝導率により、捕らえられた熱がアレイ全体に素早く均一に広がります。 研究チームが作成したナノワイヤ パターンの中には、直径約 2 ～ 3 ミクロンの微細溝によって分離された直立したナノワイヤの配列が含まれていました。 この構造により、表面は極めて疎水性になり、溶けた水が均一に排出されるようになりました。

新しい静電除氷技術で氷の結晶が表面から飛び出す

「湿潤性と光熱試験を通じて、ほとんどのナノワイヤ集合体は太陽光吸収率が 95% を超える超疎水性として処理できることがわかりました」とチームメンバーの Qixun Li 氏は説明します。 「銅材料は導電性が高いため、ナノワイヤ集合体は優れた除氷および霜取り性能を実現します。」

その結果、ほぼ 100% の氷と霜が表面から除去され、これはパッシブ表面でこれまでに達成された最高の霜取り効率であると研究チームは述べています。

今のところ、チームの設計は実用には適していない。 ナノワイヤアレイの耐久性には限界があり、化学的損傷を受けやすく、大規模な生産は依然として困難で高価です。 しかし、研究者らは、その結果に基づいてさらなる研究を進めることで、近いうちに同様の解凍性能を持つ材料が商業展開に一歩近づく可能性があると期待している。

研究はで説明されています エクストリームマニュファクチャリングの国際ジャーナル.

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