Matriz de nanofios de cobre é excelente no degelo passivo – Physics World

Matriz de nanofios de cobre é excelente no degelo passivo – Physics World

Carimbo de data / hora: 12 de setembro de 2023 11:45

Superfície de descongelamento
Como funciona: imagem composta mostrando ilustrações do processo de degelo e imagens de microscópio eletrônico da superfície do nanofio. (Cortesia: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen e Xuehu Ma)

Um revestimento passivo que é quase 100% eficaz na remoção de gelo e geada de superfícies foi revelado por pesquisadores na China. O projeto da equipe apresenta uma série de nanofios de cobre que combinam excelentes propriedades fototérmicas, condutoras de calor e superhidrofóbicas para alcançar uma eficiência de descongelamento muito alta.

O revestimento foi desenvolvido por Siyan Yang e colegas da Universidade de Tecnologia de Dalian, da Universidade da Cidade de Hong Kong e da Universidade Politécnica de Hong Kong.

A acumulação de gelo em superfícies frias pode representar problemas numa vasta gama de situações, desde congelamento criogénico até asas de aeronaves. Embora uma variedade de técnicas tenham sido desenvolvidas para remover gelo e geada, todas elas apresentam deficiências. “As soluções tradicionais de descongelamento e descongelamento dependem principalmente de abordagens mecânicas, térmicas e químicas, todas elas que consomem muita energia, exigem muita mão de obra ou são prejudiciais ao meio ambiente”, explica Yang. “Além disso, algumas dessas abordagens ativas exigiam contato direto com a superfície do material, apresentando riscos para revestimentos delicados.”

Abordagens passivas

Mais recentemente, a tecnologia de descongelamento e descongelamento assistiu a uma mudança para abordagens passivas, que envolvem a modificação de superfícies de materiais para evitar a formação e acumulação de gelo. Isso geralmente envolve projetar superfícies escorregadias, hidrofóbicas ou mesmo com mudança de fase. Isso pode reduzir a força necessária para remover fisicamente o gelo ou a geada ou evitar que as gotas de água adiram e congelem.

Um avanço particularmente promissor foi o desenvolvimento de revestimentos fototérmicos que convertem a luz solar em calor – derretendo assim o gelo e a geada, mesmo em condições de congelamento. No entanto, esta tecnologia foi prejudicada pela limitada condutividade térmica dos revestimentos existentes. Isso resulta em aquecimento desigual e fortes interações entre superfícies e gotículas de água, levando a taxas desiguais de remoção de água derretida – ambos limitando o desempenho de descongelamento.

Agora, Yang e colegas projetaram um novo tipo de superfície que aborda esses desafios. A superfície apresenta uma série de nanofios de cobre que são montados usando um método simples de eletrodeposição. Segundo a equipe, seu design combina excelentes propriedades fototérmicas, condutoras de calor e superhidrofóbicas em um único material.

Vertical e hidrofóbico

O padrão altamente ordenado dos nanofios é muito bom na absorção da luz solar – e a alta condutividade térmica do cobre permite que o calor capturado se espalhe rápida e uniformemente por todo o conjunto. Entre os padrões de nanofios que a equipe criou estava um arranjo de nanofios verticais, separados por microranhuras com cerca de 2–3 mícrons de diâmetro. Essa estrutura tornou a superfície extremamente hidrofóbica: permitindo que a água do degelo escoasse uniformemente.

“Através de testes de molhabilidade e fototérmicos, descobrimos que a maioria dos conjuntos de nanofios pode ser tratada como superhidrofóbica, com uma taxa de absorção de luz solar superior a 95%”, explica Qixun Li, membro da equipe. “Devido à alta condutividade dos materiais de cobre, os conjuntos de nanofios permitem excelentes desempenhos de descongelamento e descongelamento.”

O resultado é que quase 100% do gelo e da geada são removidos da superfície, o que a equipe afirma ser a maior eficiência de descongelamento já alcançada em uma superfície passiva.

Por enquanto, o design da equipe não é adequado para uso prático. Seus arranjos de nanofios têm durabilidade limitada, são vulneráveis ​​a danos químicos e permanecem difíceis e caros de produzir em escalas maiores. No entanto, os investigadores esperam que, com base nos seus resultados, mais pesquisas possam em breve levar a materiais com um desempenho de descongelação semelhante, um passo mais perto de uma implementação comercial.

A pesquisa está descrita no Jornal Internacional de Fabricação Extrema.

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