Gli scienziati dell'Università di Tecnologia di Dalian propongono un progetto di assemblaggi di nanofili di rame in grado di migliorare sufficientemente l'efficienza di sbrinamento e sbrinamento senza l'apporto di energia convenzionale. Nello specifico, l'efficacia dello sbrinamento si avvicina al 100%, un valore record rispetto agli studi riportati.
La ricerca, pubblicata sull'International Journal of Extreme Manufacturing , mostra un semplice metodo elettrochimico per fabbricare assemblaggi di nanofili con modello, gerarchia e dimensioni controllate. Ciò consente la presentazione simultanea di proprietà fototermiche, termoconduttive e superidrofobiche, altrimenti impossibili per le superfici convenzionali.
La proprietà fototermica garantisce un efficiente assorbimento della luce solare, la proprietà termoconduttiva garantisce una rapida conduzione laterale del calore dopo l'assorbimento della luce solare, mentre la proprietà superidrofobica favorisce lo scivolamento o il rotolamento via del ghiaccio/gelo dopo lo scioglimento dalla superficie, con uno sbrinamento superiore rispetto a quello precedente. segnalato.
L'accumulo di ghiaccio e brina pone continuamente sfide significative in vari campi, che vanno dal congelamento criogenico di cellule su scala nanometrica al volo di aerei su scala macro.
"Le soluzioni tradizionali di sghiacciamento/sbrinamento si basano principalmente su approcci meccanici, termici e chimici, ma tutti sono ad alta intensità energetica, ad alta intensità di manodopera o dannosi per l'ambiente. Inoltre, alcuni di questi approcci attivi richiedevano il contatto diretto con l'ambiente. superficie del materiale, comportando rischi per i rivestimenti delicati. Per ottenere uno sbrinamento/sbrinamento a risparmio energetico ed ecocompatibile senza compromettere la funzionalità della superficie, la maggior parte degli sforzi si sono spostati verso approcci passivi attraverso modifiche della superficie," ha affermato Siyan Yang, il primo autore dell'articolo, che è ora postdoc presso l'Università Politecnica di Hong Kong.
L’interesse recente si è concentrato sulle superfici fototermiche con superidrofobicità in grado di essere riscaldate dalla luce solare, una fonte di energia verde abbondante sulla terra. Tuttavia, la maggior parte delle superfici soffre di un riscaldamento localizzato e irregolare a causa della minore conduttività termica. Pertanto, l'ulteriore assemblaggio di queste proprietà superficiali con materiali termicamente conduttivi, in particolare i metalli, presenta un grande potenziale per lo sbrinamento e lo scongelamento, che, tuttavia, rimane in gran parte inesplorato.
"Per affrontare i problemi di cui sopra, sviluppiamo un approccio di fabbricazione semplice per produrre assemblaggi di nanofili di rame controllabili. Abbiamo scoperto che la morfologia, l'altezza e la scala degli assemblaggi possono essere ben regolati regolando i parametri elettrochimici. Attraverso test di bagnabilità e fototermici, abbiamo scoperto che la maggior parte dei gruppi di nanofili può essere trattata [come] superidrofobica, con un tasso di assorbimento della luce solare superiore al 95%. A causa dell'elevata conduttività dei materiali in rame, i gruppi di nanofili, in particolare il design con nanofili verticali e una larghezza media di microscanalatura di 2-3 μm. , consentono prestazioni di scongelamento e scongelamento superiori", ha affermato Qixun Li (studente di dottorato, ora presso l'Università di Tecnologia di Dalian), il primo coautore dell'articolo.
Questo design innovativo può portare a durate di sbrinamento complessive 2-3 volte più brevi rispetto ad altre tre superfici nanostrutturate semplicemente con superidrofobicità, effetto fototermico o una combinazione di questi. Sorprendentemente, questo progetto raggiunge la massima efficienza di sbrinamento (~100%) rispetto ai lavori precedenti.
"In linea di principio, combinando facilità di fabbricazione, elevata controllabilità e diversità nella morfologia, la progettazione di assemblaggi di nanofili è promettente in ampie applicazioni di sghiacciamento e scongelamento che eliminano la necessità del tradizionale apporto di energia. Tuttavia, la durabilità, la scalabilità e le sostanze chimiche la stabilità degli assemblaggi di nanofili è limitata nelle applicazioni pratiche che comportano condizioni di lavoro complesse. È necessario sviluppare metodi più generali di lavorazione dei materiali micro/nano per migliorare l'efficienza produttiva, la scala dei materiali e la durabilità della superficie. Nonostante ciò, il concetto di progettazione di questo lavoro serve come bussola per le future attività di ricerca, soprattutto nelle aree fredde che soffrono di carenza di energia," ha osservato Xuehu Ma, professore di ingegneria chimica presso l'Università di Tecnologia di Dalian e autore corrispondente dello studio.
Ulteriori informazioni: Siyan Yang et al, Assemblaggi di nanofili di rame superidrofobici fototermici:fabbricazione e applicazioni di sbrinamento/scongelamento, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acef78
Fornito dall'International Journal of Extreme Manufacturing
