En rekke kobber nanotråder utmerker seg ved passiv avising – Physics World

En rekke kobber nanotråder utmerker seg ved passiv avising – Physics World

Tidsstempel: 12. september 2023 11

Avisingsflate
Slik fungerer det: sammensatt bilde som viser illustrasjoner av avisingsprosessen og elektronmikroskopbilder av nanotrådoverflaten. (Med tillatelse: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen og Xuehu Ma)

Et passivt belegg som er nesten 100 % effektivt til å fjerne is og frost fra overflater har blitt avduket av forskere i Kina. Teamets design har en rekke kobber nanotråder som kombinerer utmerkede fototermiske, varmeledende og superhydrofobe egenskaper for å oppnå en meget høy avrimingseffektivitet.

Belegget er utviklet av Siyan Yang og kolleger ved Dalian University of Technology, City University of Hong Kong og The Hong Kong Polytechnic University.

Oppbygging av is på kalde overflater kan skape problemer i en lang rekke situasjoner fra kryogen frysing til flyvinger. Mens en rekke teknikker er utviklet for å fjerne is og frost, har de alle mangler. "Tradisjonelle avisings- og avrimingsløsninger er hovedsakelig avhengige av mekaniske, termiske og kjemiske tilnærminger, som alle er enten energikrevende, arbeidskrevende eller miljøvennlige," forklarer Yang. "I tillegg krevde noen av disse aktive tilnærmingene direkte kontakt med materialoverflaten, noe som utgjør en risiko for delikate belegg."

Passive tilnærminger

Nylig har avisings- og avrimingsteknologi sett et skifte mot passive tilnærminger, som innebærer å modifisere materialoverflater for å forhindre at is dannes og bygger seg opp. Dette innebærer ofte å designe glatte, hydrofobe eller til og med faseendrende overflater. Disse kan redusere kraften som kreves for å fysisk fjerne is og frost, eller forhindre at vanndråper fester seg og fryser i utgangspunktet.

Et spesielt lovende fremskritt har vært utviklingen av fototermiske belegg som omdanner sollys til varme – og dermed smelter is og frost, selv under fryseforhold. Imidlertid har denne teknologien blitt holdt tilbake av den begrensede termiske ledningsevnen til eksisterende belegg. Dette resulterer i ujevn oppvarming og sterke interaksjoner mellom overflater og vanndråper som fører til ujevn hastighet for fjerning av smeltevann – med begge begrensende avrimingsytelsen.

Nå har Yang og kollegene designet en ny type overflate som løser disse utfordringene. Overflaten har en rekke kobber nanotråder som er satt sammen ved hjelp av en enkel elektroavsetningsmetode. Ifølge teamet kombinerer deres design utmerkede fototermiske, varmeledende og superhydrofobe egenskaper i et enkelt materiale.

Oppreist og hydrofobisk

Det høyt ordnede mønsteret av nanotråder er veldig gode til å absorbere sollys – og den høye termiske ledningsevnen til kobber gjør at den fangede varmen kan spre seg raskt og jevnt gjennom hele matrisen. Blant nanotrådmønstrene som teamet laget var et arrangement av stående nanotråder, atskilt med mikrospor på omtrent 2–3 mikron på tvers. Denne strukturen gjorde overflaten ekstremt hydrofob: slik at smeltevannet kunne renne av jevnt.

"Gjennom fuktbarhet og fototermiske tester fant vi at de fleste nanotrådsenheter kan behandles som superhydrofobe, med en absorpsjonshastighet for sollys som er større enn 95 %," forklarer teammedlem Qixun Li. "På grunn av den høye ledningsevnen til kobbermaterialer, muliggjør nanotrådsammenstillinger utmerket avising og avriming."

Resultatet er at nær 100 % av is og frost fjernes fra overflaten, noe teamet sier er den høyeste avrimingseffektiviteten som noen gang er oppnådd på en passiv overflate.

Foreløpig er lagets design ikke egnet for praktisk bruk. Deres nanotråd-arrays har begrenset holdbarhet, er sårbare for kjemiske skader, og forblir vanskelige og dyre å produsere i større skalaer. Forskerne håper imidlertid at ved å bygge på resultatene deres, kan videre forskning snart føre til at materialer med lignende avrimingsytelse et skritt nærmere en kommersiell utrulling.

Forskningen er beskrevet i International Journal of Extreme Manufacturing.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden