구리 나노와이어 배열은 수동 제빙에 탁월합니다.

구리 나노와이어 배열은 수동 제빙에 탁월합니다.

타임 스탬프 : 12 년 2023 월 11 일 오전 45:XNUMX

제빙면
작동 원리: 제빙 과정을 보여주는 합성 이미지와 나노와이어 표면의 전자현미경 이미지. (제공: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen 및 Xuehu Ma)

표면의 얼음과 성에를 제거하는 데 거의 100% 효과적인 수동 코팅이 중국 연구진에 의해 공개되었습니다. 팀의 디자인은 매우 높은 제상 효율을 달성하기 위해 뛰어난 광열, 열 전도성 및 초소수성 특성을 결합한 일련의 구리 나노와이어를 특징으로 합니다.

코팅은 다음과 같이 개발되었습니다. 양 시얀 그리고 다롄 공과대학교, 홍콩 시립대학교, 홍콩 폴리테크닉 대학교의 동료들이 있습니다.

차가운 표면에 얼음이 쌓이면 극저온 동결부터 항공기 날개까지 다양한 상황에서 문제가 발생할 수 있습니다. 얼음과 성에를 제거하기 위해 다양한 기술이 개발되었지만 모두 단점이 있습니다. “기존의 제빙 및 제상 솔루션은 주로 기계적, 열적, 화학적 접근 방식에 의존하는데, 이 접근 방식은 모두 에너지 집약적이고 노동 집약적이며 환경 친화적이지 않습니다.”라고 Yang은 설명합니다. "또한 이러한 적극적인 접근 방식 중 일부는 재료 표면과의 직접적인 접촉이 필요하여 섬세한 코팅에 위험을 초래했습니다."

수동적 접근 방식

최근에는 제빙 및 제상 기술이 얼음이 형성되거나 쌓이는 것을 방지하기 위해 재료 표면을 수정하는 수동적 접근 방식으로 전환하고 있습니다. 여기에는 미끄럽거나 소수성이거나 상변화하는 표면을 설계하는 작업이 포함되는 경우가 많습니다. 이는 얼음과 성에를 물리적으로 제거하는 데 필요한 힘을 줄이거나 애초에 물방울이 달라붙어 얼지 않도록 방지할 수 있습니다.

특히 유망한 발전 중 하나는 햇빛을 열로 변환하여 영하의 조건에서도 얼음과 서리를 녹이는 광열 코팅의 개발이었습니다. 그러나 이 기술은 기존 코팅의 제한된 열전도율로 인해 제약을 받았습니다. 이로 인해 고르지 않은 가열이 발생하고 표면과 물방울 사이의 강한 상호 작용으로 인해 녹은 물 제거 속도가 고르지 않게 되어 제상 성능이 제한됩니다.

이제 Yang과 동료들은 이러한 문제를 해결하는 새로운 유형의 표면을 설계했습니다. 표면에는 간단한 전착 방법을 사용하여 조립된 구리 나노와이어 배열이 있습니다. 팀에 따르면 그들의 디자인은 우수한 광열성, 열전도성 및 초소수성 특성을 단일 재료에 결합한 것입니다.

수직 및 소수성

나노와이어의 고도로 배열된 패턴은 햇빛을 매우 잘 흡수하며, 구리의 높은 열 전도성으로 인해 포착된 열이 어레이 전체에 빠르고 균일하게 퍼집니다. 팀이 만든 나노와이어 패턴 중에는 약 2~3 마이크론 크기의 미세 홈으로 분리된 직립형 나노와이어 배열이 있었습니다. 이 구조는 표면을 극도로 소수성으로 만들어 녹은 물이 고르게 배출되도록 합니다.

“습윤성 및 광열 테스트를 통해 우리는 대부분의 나노와이어 어셈블리가 햇빛 흡수율이 95%보다 큰 초소수성으로 처리될 수 있다는 것을 발견했습니다.”라고 팀 구성원인 Qixun Li가 설명했습니다. "구리 소재의 높은 전도성으로 인해 나노와이어 어셈블리는 탁월한 제빙 및 제상 성능을 가능하게 합니다."

그 결과 거의 100%에 가까운 얼음과 성에가 표면에서 제거되었으며, 이는 수동 표면에서 달성한 최고의 성에 제거 효율성이라고 팀은 말합니다.

현재로서는 팀의 디자인이 실제 사용에 적합하지 않습니다. 나노와이어 어레이는 내구성이 제한적이고 화학적 손상에 취약하며 대규모 생산이 어렵고 비용이 많이 듭니다. 그러나 연구자들은 자신들의 결과를 바탕으로 추가 연구를 통해 유사한 제상 성능을 가진 재료가 곧 상업적 출시에 한 걸음 더 가까워질 수 있기를 바라고 있습니다.

연구는 익스트림 제조 국제 저널.

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