Mảng dây nano đồng vượt trội trong khả năng khử băng thụ động – Vật lý Thế giới

Mảng dây nano đồng vượt trội trong khả năng khử băng thụ động – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: Ngày 12 tháng 2023 năm 11 45:XNUMX AM

Bề mặt làm tan băng
Cách thức hoạt động: hình ảnh tổng hợp thể hiện hình minh họa của quá trình làm tan băng và hình ảnh kính hiển vi điện tử của bề mặt dây nano. (Được phép: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen và Xuehu Ma)

Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã tiết lộ một lớp phủ thụ động có hiệu quả gần như 100% trong việc loại bỏ băng và sương giá trên các bề mặt. Thiết kế của nhóm sử dụng một loạt các dây nano đồng kết hợp các đặc tính quang nhiệt, dẫn nhiệt và siêu kỵ nước tuyệt vời để đạt được hiệu quả rã đông rất cao.

Lớp phủ được phát triển bởi Tư Yến Dương và các đồng nghiệp tại Đại học Công nghệ Đại Liên, Đại học Thành phố Hồng Kông và Đại học Bách khoa Hồng Kông.

Sự tích tụ băng trên bề mặt lạnh có thể gây ra vấn đề trong nhiều tình huống từ đóng băng đông lạnh đến cánh máy bay. Mặc dù nhiều kỹ thuật đã được phát triển để loại bỏ băng và sương giá nhưng chúng đều có những nhược điểm. Yang giải thích: “Các giải pháp làm tan băng và rã đông truyền thống chủ yếu dựa vào các phương pháp cơ học, nhiệt và hóa học, tất cả đều tiêu tốn nhiều năng lượng, tốn nhiều công sức hoặc không thân thiện với môi trường”. “Ngoài ra, một số phương pháp tích cực này yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với bề mặt vật liệu, gây rủi ro cho lớp phủ mỏng manh.”

Cách tiếp cận thụ động

Gần đây hơn, công nghệ làm tan băng và rã đông đã chứng kiến ​​sự thay đổi theo hướng tiếp cận thụ động, bao gồm việc sửa đổi bề mặt vật liệu để ngăn băng hình thành và tích tụ. Điều này thường liên quan đến việc thiết kế các bề mặt trơn trượt, kỵ nước hoặc thậm chí thay đổi pha. Những thứ này có thể làm giảm lực cần thiết để loại bỏ băng và sương giá một cách vật lý hoặc ngăn các giọt nước bám vào và đóng băng ngay từ đầu.

Một tiến bộ đặc biệt hứa hẹn là sự phát triển các lớp phủ quang nhiệt có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt – nhờ đó làm tan băng và sương giá, ngay cả trong điều kiện đóng băng. Tuy nhiên, công nghệ này đã bị hạn chế do độ dẫn nhiệt hạn chế của các lớp phủ hiện có. Điều này dẫn đến hiện tượng gia nhiệt không đồng đều và tương tác mạnh giữa các bề mặt và giọt nước dẫn đến tốc độ loại bỏ nước tan không đồng đều – cả hai đều hạn chế hiệu suất rã đông.

Giờ đây, Yang và các đồng nghiệp đã thiết kế một loại bề mặt mới có thể giải quyết những thách thức này. Bề mặt có một dãy dây nano đồng được lắp ráp bằng phương pháp định vị điện đơn giản. Theo nhóm nghiên cứu, thiết kế của họ kết hợp các đặc tính quang nhiệt, dẫn nhiệt và siêu kỵ nước tuyệt vời trong một vật liệu duy nhất.

Thẳng đứng và kỵ nước

Mẫu dây nano có trật tự cao có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời rất tốt – và tính dẫn nhiệt cao của đồng cho phép nhiệt thu được lan truyền nhanh chóng và đồng đều trên toàn bộ mảng. Trong số các mẫu dây nano mà nhóm nghiên cứu đã tạo ra có sự sắp xếp các dây nano thẳng đứng, được ngăn cách bởi các rãnh siêu nhỏ có đường kính khoảng 2–3 micron. Cấu trúc này làm cho bề mặt cực kỳ kỵ nước: cho phép nước tan chảy thoát ra đều.

Thành viên nhóm Qixun Li giải thích: “Qua các thử nghiệm về khả năng thấm ướt và quang nhiệt, chúng tôi phát hiện ra rằng hầu hết các tổ hợp dây nano có thể được coi là siêu kỵ nước, với tỷ lệ hấp thụ ánh sáng mặt trời lớn hơn 95%”. “Do vật liệu đồng có độ dẫn điện cao nên các tổ hợp dây nano mang lại hiệu suất làm tan băng và rã đông tuyệt vời.”

Kết quả là gần 100% băng và sương giá được loại bỏ khỏi bề mặt, nhóm nghiên cứu cho biết đây là hiệu suất rã đông cao nhất từng đạt được trên bề mặt thụ động.

Hiện tại, thiết kế của nhóm chưa phù hợp để sử dụng thực tế. Mảng dây nano của chúng có độ bền hạn chế, dễ bị hư hại do hóa chất và vẫn khó sản xuất và tốn kém ở quy mô lớn hơn. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hy vọng rằng bằng cách xây dựng dựa trên kết quả của họ, nghiên cứu sâu hơn có thể sớm đưa các vật liệu có hiệu suất rã đông tương tự tiến một bước gần hơn tới việc triển khai thương mại.

Nghiên cứu được mô tả trong Tạp chí quốc tế về sản xuất cực đoan.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý