Проектирование поверхности сборок из медных нанопроволок для повышения эффективности размораживания

Ученые из Даляньского технологического университета предлагают конструкцию сборок из медных нанопроволок, которая может значительно повысить эффективность противообледенения и размораживания без традиционных затрат энергии. В частности, эффективность размораживания приближается к 100 процентам, что является рекордным значением по сравнению с опубликованными исследованиями.

Исследование, опубликованное в Международном журнале экстремального производства показан простой электрохимический метод изготовления сборок нанопроволок с контролируемым рисунком, иерархией и размером. Это позволяет одновременно проявлять фототермические, теплопроводящие и супергидрофобные свойства, которые в противном случае невозможны для обычных поверхностей. Фототермические свойства обеспечивают эффективное поглощение солнечного света, свойства теплопроводности обеспечивают быструю боковую теплопроводность после поглощения солнечного света, а супергидрофобные свойства способствуют скольжению или скатыванию льда/инея при таянии с поверхности, при этом размораживание выше, чем сообщалось ранее.

Накопление льда и инея постоянно создает серьезные проблемы в различных областях, начиная от криогенного замораживания наноклеток и заканчивая полетами макромасштабных самолетов. «Традиционные решения по борьбе с обледенением/размораживанием в основном основаны на механических, термических и химических подходах, однако все они являются либо энергоемкими, трудоемкими, либо экологически вредными. Кроме того, некоторые из этих активных подходов требовали прямого контакта с поверхностью материала, что создавало риск для хрупких покрытий. Чтобы добиться энергосберегающего и экологически чистого удаления обледенения/размораживания без ущерба для функциональности поверхности, большинство усилий сместилось в сторону пассивных подходов путем модификации поверхности», — сказал Сиян Ян, первый автор статьи, который сейчас является постдоком в Гонконгском университете. Политехнический университет.

Недавний интерес был сосредоточен на фототермических поверхностях с супергидрофобностью, способных нагреваться солнечным светом, источником зеленой энергии, которого много на Земле. Однако большинство поверхностей страдают от локального и неравномерного нагрева из-за низкой теплопроводности. Таким образом, дальнейшее объединение этих поверхностных свойств с теплопроводящими материалами, особенно с металлами, имеет большой потенциал для борьбы с обледенением и размораживанием, который пока остается в значительной степени неисследованным.

«Чтобы решить вышеуказанные проблемы, мы разрабатываем простой подход к изготовлению управляемых сборок из медных нанопроволок. Мы обнаружили, что морфологию, высоту и масштаб сборок можно хорошо настроить, регулируя электрохимические параметры. С помощью испытаний на смачиваемость и фототермические испытания мы обнаружили, что большинство сборок нанопроволок можно рассматривать как супергидрофобные, со степенью поглощения солнечного света более 95 процентов. Из-за высокой проводимости медных материалов сборки нанопроволок, особенно конструкции с вертикальными нанопроволоками и средней шириной микроканавок 2-3 мкм, обеспечивают превосходные характеристики противообледенения и размораживания», — сказал Цисюнь Ли (аспирант, сейчас учится в Даляньском университете). технологии), первый соавтор статьи.

Эта инновационная конструкция может привести к сокращению общей продолжительности размораживания в два-три раза по сравнению с тремя другими наноструктурированными поверхностями, обладающими просто супергидрофобностью, фототермическим эффектом или их комбинацией. Впечатляет то, что эта конструкция обеспечивает самую высокую эффективность размораживания (~ 100 процентов) по сравнению с предыдущими работами.

«В принципе, благодаря простоте изготовления, высокой управляемости и разнообразию морфологии конструкция сборок нанопроволок является многообещающей для широкого применения в области борьбы с обледенением и размораживанием, что устраняет необходимость в традиционных затратах энергии. Однако долговечность, масштабируемость и химические свойства стабильность сборок нанопроволок ограничена в практических приложениях, связанных со сложными условиями работы.Необходимо разработать более общие методы обработки микро/наноматериалов для повышения эффективности производства, масштаба материала и долговечности поверхности.Несмотря на это, концепция дизайна этой работы служит в качестве компаса для будущих исследований, особенно в холодных регионах, испытывающих нехватку электроэнергии», — отметил Сюэху Ма, профессор химического машиностроения Даляньского технологического университета и автор исследования.