Układ nanodrutów miedzianych doskonale radzi sobie z pasywnym odladzaniem – Świat Fizyki

Naukowcy z Chin odkryli pasywną powłokę, która jest prawie w 100% skuteczna w usuwaniu lodu i szronu z powierzchni. Projekt zespołu obejmuje szereg nanodrutów miedzianych, które łączą doskonałe właściwości fototermiczne, przewodzące ciepło i superhydrofobowe, aby osiągnąć bardzo wysoką skuteczność odszraniania.

Powłoka została opracowana przez Siyan Yang i współpracownikom z Politechniki w Dalian, Uniwersytetu Miejskiego w Hongkongu i Politechniki w Hongkongu.

Nagromadzenie się lodu na zimnych powierzchniach może powodować problemy w wielu różnych sytuacjach, od zamarzania kriogenicznego po skrzydła samolotu. Chociaż opracowano wiele technik usuwania lodu i szronu, wszystkie one mają wady. „Tradycyjne rozwiązania w zakresie odladzania i rozmrażania opierają się głównie na podejściu mechanicznym, termicznym i chemicznym, a wszystkie one są albo energochłonne, pracochłonne, albo nieprzyjazne dla środowiska” – wyjaśnia Yang. „Dodatkowo niektóre z tych aktywnych podejść wymagały bezpośredniego kontaktu z powierzchnią materiału, co stwarzało ryzyko dla delikatnych powłok”.

Podejścia pasywne

Niedawno w technologii odladzania i rozmrażania nastąpił zwrot w stronę podejścia pasywnego, które polega na modyfikowaniu powierzchni materiałów, aby zapobiec tworzeniu się i gromadzeniu się lodu. Często wiąże się to z projektowaniem śliskich, hydrofobowych lub nawet powierzchni zmiennofazowych. Mogą one zmniejszyć siłę wymaganą do fizycznego usunięcia lodu i szronu lub przede wszystkim zapobiec przyleganiu i zamarzaniu kropelek wody.

Szczególnie obiecującym postępem było opracowanie powłok fototermicznych, które przekształcają światło słoneczne w ciepło, topiąc w ten sposób lód i szron, nawet w mroźnych warunkach. Jednakże technologia ta została powstrzymana przez ograniczoną przewodność cieplną istniejących powłok. Powoduje to nierównomierne nagrzewanie i silne interakcje między powierzchniami a kropelkami wody, co prowadzi do nierównomiernego usuwania wody roztopionej – co ogranicza skuteczność odszraniania.

Teraz Yang i współpracownicy zaprojektowali nowy typ powierzchni, który sprosta tym wyzwaniom. Powierzchnia zawiera szereg nanodrutów miedzianych, które są montowane przy użyciu prostej metody osadzania galwanicznego. Według zespołu ich konstrukcja łączy w jednym materiale doskonałe właściwości fototermiczne, przewodzące ciepło i superhydrofobowe.

Stojący i hydrofobowy

Wysoce uporządkowany układ nanodrutów bardzo dobrze pochłania światło słoneczne, a wysoka przewodność cieplna miedzi pozwala na szybkie i równomierne rozprowadzenie przechwyconego ciepła w całym układzie. Wśród wzorów nanodrutów stworzonych przez zespół znajdował się układ pionowych nanodrutów oddzielonych mikrorowkami o średnicy około 2–3 mikronów. Dzięki tej strukturze powierzchnia stała się wyjątkowo hydrofobowa: umożliwiała równomierne spływanie wody roztopowej.

Kryształki lodu wyskakują z powierzchni dzięki nowej technice odladzania elektrostatycznego

„Dzięki testom zwilżalności i fototermii odkryliśmy, że większość zespołów nanodrutów można traktować jako superhydrofobowe, których współczynnik absorpcji światła słonecznego przekracza 95%” – wyjaśnia członek zespołu Qixun Li. „Ze względu na wysoką przewodność materiałów miedzianych, zespoły nanodrutów zapewniają doskonałe działanie odladzające i odszraniające”.

W rezultacie z powierzchni usuwane jest prawie 100% lodu i szronu, co zdaniem zespołu stanowi najwyższą skuteczność odszraniania, jaką kiedykolwiek osiągnięto na powierzchni pasywnej.

Na razie projekt zespołu nie nadaje się do praktycznego zastosowania. Ich układy nanodrutów mają ograniczoną trwałość, są podatne na uszkodzenia chemiczne, a ich produkcja na większą skalę pozostaje trudna i kosztowna. Naukowcy mają jednak nadzieję, że w oparciu o ich wyniki dalsze badania mogą wkrótce doprowadzić do opracowania materiałów o podobnej skuteczności rozmrażania, co będzie o krok bliżej wprowadzenia ich na rynek.

Badania opisano w International Journal of Extreme Manufacturing.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• ChartPrime. Podnieś poziom swojej gry handlowej dzięki ChartPrime. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/array-of-copper-nanowires-excels-at-passive-de-icing/