Массив медных нанопроводов превосходно справляется с пассивным противообледенением

Массив медных нанопроводов превосходно справляется с пассивным противообледенением

Отметка времени: 12 сентября 2023 г., 11:45

Противообледенительная поверхность
Как это работает: составное изображение, показывающее процесс удаления льда и изображения поверхности нанопроволоки, полученные с помощью электронного микроскопа. (Фото любезно предоставлено: Сиян Ян, Цисюнь Ли, Бинган Ду, Юшань Ин, Ицзюнь Цзэн, Юанькай Цзинь, Сюэчжи Цинь, Шоувэй Гао, Стивен Ван, Цзуанькай Ван, Жунфу Вэнь и Сюэху Ма)

Исследователи из Китая представили пассивное покрытие, которое почти на 100% эффективно удаляет лед и иней с поверхностей. В конструкции команды используется набор медных нанопроводов, которые сочетают в себе превосходные фототермические, теплопроводные и супергидрофобные свойства для достижения очень высокой эффективности размораживания.

Покрытие было разработано компанией Сиян Ян и коллеги из Даляньского технологического университета, Городского университета Гонконга и Гонконгского политехнического университета.

Нарастание льда на холодных поверхностях может создавать проблемы в самых разных ситуациях: от криогенного замерзания до крыльев самолетов. Хотя для удаления льда и инея было разработано множество методов, все они имеют недостатки. «Традиционные решения по борьбе с обледенением и размораживанием в основном основаны на механических, термических и химических подходах, каждый из которых является либо энергоемким, трудоемким, либо экологически вредным», — объясняет Ян. «Кроме того, некоторые из этих активных подходов требовали прямого контакта с поверхностью материала, что создавало риск для хрупких покрытий».

Пассивные подходы

Совсем недавно в технологии противообледенения и размораживания произошел сдвиг в сторону пассивных подходов, которые включают в себя модификацию поверхностей материалов для предотвращения образования и накопления льда. Это часто предполагает создание скользких, гидрофобных или даже фазоменяющих поверхностей. Это может уменьшить силу, необходимую для физического удаления льда и инея, или в первую очередь предотвратить прилипание и замерзание капель воды.

Одним из особенно многообещающих достижений стала разработка фототермических покрытий, которые преобразуют солнечный свет в тепло, тем самым растапливая лед и иней даже в условиях замерзания. Однако развитие этой технологии сдерживается ограниченной теплопроводностью существующих покрытий. Это приводит к неравномерному нагреву и сильному взаимодействию между поверхностями и каплями воды, что приводит к неравномерной скорости удаления талой воды, что ограничивает эффективность размораживания.

Теперь Ян и его коллеги разработали новый тип поверхности, который решает эти проблемы. Поверхность представляет собой массив медных нанопроволок, собранных с помощью простого метода электроосаждения. По словам команды, их конструкция сочетает в себе отличные фототермические, теплопроводящие и супергидрофобные свойства в одном материале.

Вертикальный и гидрофобный

Высокоупорядоченная структура нанопроводов очень хорошо поглощает солнечный свет, а высокая теплопроводность меди позволяет уловленному теплу быстро и равномерно распространяться по всему массиву. Среди узоров нанопроволок, созданных командой, была композиция из вертикальных нанопроволок, разделенных микроканавками диаметром около 2–3 микрон. Такая структура делала поверхность чрезвычайно гидрофобной: позволяя талой воде стекать равномерно.

«Благодаря тестам на смачиваемость и фототермические испытания мы обнаружили, что большинство сборок нанопроволок можно рассматривать как супергидрофобные, со степенью поглощения солнечного света более 95%», — объясняет член команды Цисюнь Ли. «Благодаря высокой проводимости медных материалов сборки из нанопроволок обеспечивают превосходные характеристики противообледенения и размораживания».

В результате с поверхности удаляется почти 100% льда и инея, что, по словам команды, является самой высокой эффективностью размораживания, когда-либо достигнутой на пассивной поверхности.

На данный момент разработка команды не пригодна для практического использования. Их массивы нанопроволок имеют ограниченную долговечность, уязвимы к химическому повреждению, и их по-прежнему сложно и дорого производить в больших масштабах. Тем не менее, исследователи надеются, что, опираясь на свои результаты, дальнейшие исследования вскоре могут привести к созданию материалов с аналогичными характеристиками размораживания, что станет шагом ближе к коммерческому внедрению.

Исследование описано в Международный журнал экстремального производства.

Отметка времени:

Больше от Мир физики