Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanoanalysis

Νέα ευρήματα δείχνουν ότι τα νανο-Texturing των επιφάνειες μπορεί να εμποδιστεί ο σχηματισμός πάγου

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

Οι άνθρωποι που ζουν σε μεγάλα κτίρια ακούμε συχνά χτυπάει θορύβους στις σωληνώσεις ή σωλήνες καλοριφέρ - είναι ένα γνωστό φαινόμενο που ονομάζεται ένα σφυρί νερό, το οποίο μπορεί να συμβεί όταν μια βαλβίδα ξαφνικά να ανοίγει ή να κλείνει σε ένα σωλήνα που μεταφέρει το νερό ή ατμό, προκαλώντας ένα κύμα πίεσης να ταξιδεύουν κάτω από το σωλήνα με αρκετή δύναμη ώστε να μπορεί μερικές φορές να προκαλέσουν τους σωλήνες για να εκραγεί.

Τώρα, νέα έρευνα δείχνει ότι μια παρόμοια δράση λαμβάνει χώρα σε μια μικροσκοπική κλίμακα κάθε φορά που ένα σταγονίδιο του νερού επιτυγχάνει μια επιφάνεια.

Αυτό το χρώμα-ενισχυμένη εικόνα δείχνει μια σταγόνα νερό το οποίο θα κατατεθεί σε υπερυδρόφοβες επιφάνεια, λίγο πριν το χωρίζει από το σταγονόμετρο που χρησιμοποιείται για την κατάθεση.

Kripa του MIT Βαρανάσι, συν-συγγραφέας μιας έκθεσης σχετικά με το νέο εύρημα που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Physical Review Letters, λέει το φαινόμενο θα μπορούσε να βοηθήσει τους μηχανικούς σχεδιασμού πιο ανθεκτικό επιφάνειες συμπύκνωσης, τα οποία χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις αφαλάτωσης και ατμού με βάση μονάδες παραγωγής ενέργειας. Άλλα συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν MIT μηχανική-μηχανικής μεταπτυχιακούς φοιτητές Hyuk-Min Kwon και Adam Paxson, και αναπληρωτής καθηγητής Neelesh Patankar του Πανεπιστημίου Northwestern.

Βαρανάσι, η d'Arbeloff Επίκουρος Καθηγητής Μηχανολόγων Μηχανικών, λέει η επίδραση εξηγεί γιατί λεπίδες που χρησιμοποιούνται στην εξουσία-εγκατάσταση ανεμογεννητριών έχουν την τάση να υποβαθμίζουν τόσο γρήγορα και πρέπει να αντικατασταθούν συχνά, και θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχεδιασμό της πιο ανθεκτικό τουρμπίνες. Δεδομένου ότι περίπου το ήμισυ του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον κόσμο προέρχεται από τουρμπίνες ατμού - αν θερμανθεί από τον άνθρακα, πυρηνικά καύσιμα, φυσικό αέριο ή πετρέλαιο - τη βελτίωση της μακροζωίας και η αποτελεσματικότητά τους θα μπορούσε να μειώσει το χρόνο κάτω και να αυξήσουν τη συνολική παραγωγή για αυτά τα φυτά, και έτσι να βοηθήσει τον περιορισμό των εκπομπών κόσμο των αερίων του θερμοκηπίου.

Υπήρξε έντονο ενδιαφέρον για την ανάπτυξη της υπερυδρόφοβες (υδατοαπορροφητικές) επιφάνειες, Βαρανάσι, λέει, που σε ορισμένες περιπτώσεις να μιμηθεί κατασκευασμένες επιφάνειες που βρίσκονται στη φύση, όπως φύλλα λωτού και το δέρμα των γκέκο. Αλλά οι περισσότερες έρευνες έχουν διεξαχθεί μέχρι σήμερα σχετικά με το πώς συμπεριφέρονται οι επιφάνειες αυτές έχουν στατικές δοκιμές: Για να δείτε τα σταγονίδια τρόπο διαφορετικού μεγέθους απλώνονται σε τέτοιες επιφάνειες (που ονομάζεται βρέξιμο) ή πώς χάντρα για να σχηματίσουν μεγαλύτερα σταγονίδια, η χαρακτηριστική μέθοδος είναι να προσθέσετε ή να αφαιρούμε το νερό σιγά-σιγά σε ένα σταθμευμένο σταγόνα. Αλλά αυτό δεν είναι μια ρεαλιστική προσομοίωση του πώς σταγονίδια αντιδρούν σε επιφάνειες, Βαρανάσι, λέει.

"Σε κάθε πραγματική εφαρμογή, τα πράγματα είναι δυναμική», λέει. Και έρευνα Βαρανάσι δείχνει τη δυναμική της κίνησης σταγονίδια χτυπήσει σε μια επιφάνεια είναι αρκετά διαφορετική από σταγονίδια που σχηματίζεται στη θέση του.

Συγκεκριμένα, όπως σταγονίδια υποβάλλονται σε ταχεία εσωτερική επιβράδυνση που παράγει ισχυρές πιέσεις - μια μικρής κλίμακας εκδοχή της επίδρασης του νερού-σφυρί. Είναι αυτή η μικρή αλλά έντονη έκρηξη της πίεσης ότι οι λογαριασμοί για τα σκασίματα και τη διάβρωση που βρέθηκαν στην εξουσία-εργοστάσιο πτερύγια, λέει, γεγονός που περιορίζει χρήσιμη διάρκεια ζωής τους.

"Αυτό είναι ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα» στο σχεδιασμό εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, λέει. Εκτός από την καταστροφή του λεπίδες, το σχηματισμό και την ανάπτυξη των σταγονιδίων νερού αναμιγνύεται με τη ροή του ατμού χυμοί μεγάλο μέρος της δύναμης, που αντιπροσωπεύουν έως και 30 τοις εκατό των απωλειών του συστήματος σε τέτοιες εγκαταστάσεις. Δεδομένου ότι ορισμένα ατμού με βάση μονάδες ηλεκτροπαραγωγής, όπως φυσικού αερίου συνδυασμένου κύκλου των φυτών, μπορεί να έχει ήδη αποδόσεις άνω του 85 τοις εκατό κατά τη μετατροπή της ενέργειας του καυσίμου σε ηλεκτρική ενέργεια, αν αυτές οι απώλειες των σταγονιδίων θα μπορούσε να εξαλειφθεί θα μπορούσε να προσφέρει σχεδόν 5 τοις εκατό ώθηση στην εξουσία.

"Αυτή είναι μια νέα διαπίστωση, πράγματι," λέει ο David Quéré, διευθυντής έρευνας στο εργαστήριο της φυσικής και της μηχανικής των ετερογενών υλικών σε ESPCI, Παρίσι. Εξηγεί ότι «Υπερυδρόφοβα υλικά, στα οποία το νερό μπορεί να γλιστρήσει και ρολό με ένα μοναδικό τρόπο, έχουν ενδιαφέρουσες ιδιότητες, με την προϋπόθεση το νερό παραμένει στις κορυφές των διακοσμήσεις βρίσκουμε τους. (Μου αρέσει να καλέσετε ότι το αποτέλεσμα φακίρη, δεδομένου ότι το νερό τότε κάθεται στις κορυφές ενός κρεβατιού των μικρο-καρφιά.) "

Αυτή η έρευνα, Quéré λέει, εξηγεί γιατί τα σταγονίδια συχνά αποτυγχάνουν να παραμείνουν στην κορυφή και αντί να πάρει impaled στο "καρφιά", και έτσι τα νέα ευρήματα είναι «ενδιαφέρον στο πλαίσιο της υπερυδρόφοβες υλικά, γιατί βοηθά μέσω του σχεδιασμού υλικού σε θέση να αντισταθούμε σε αυτή την είδους αρνητικές επιπτώσεις. "

Μικρής κλίμακας υφής των επιφανειών μπορεί να αποτρέψει τα σταγονίδια από το βρέξιμο των επιφανειών του πτερύγια ή άλλων συσκευών, αλλά η απόσταση και τα μεγέθη της σχέδια επιφάνειας πρέπει να μελετηθούν δυναμικά, χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως αυτές που αναπτύχθηκαν από Βαρανάσι και οι συνεργάτες του, λέει ο ίδιος. Τακτικά διαστήματα προσκρούσεις ή πυλώνες στην επιφάνεια μπορεί να παράγει το νερό ρίχνοντας αποτέλεσμα, αλλά μόνο εάν το μέγεθος και την απόσταση από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι η σωστή. Αυτή η έρευνα έδειξε ότι φαίνεται να υπάρχει ένα κρίσιμο μέγεθος της υφής που να είναι αποτελεσματική, ενώ τα μεγέθη είτε μεγαλύτερες ή μικρότερες από ότι αδυνατούν να παράγουν τα υδατοαπορροφητικές αποτέλεσμα. Η ανάλυση που αναπτύχθηκε από την ομάδα αυτή πρέπει να καθιστά δυνατό να προσδιοριστεί η πιο αποτελεσματική μεγέθη και σχήματα του ρυθμού ανάπτυξης για την παραγωγή superhydrophic επιφάνειες με πτερύγια και άλλες συσκευές.

Οι εργασίες σχετίζονται με την έρευνα Βαρανάσι για το πώς να αποτρέψει τον σχηματισμό πάγων σε φτερά του αεροπλάνου, επίσης, τη χρήση νανο-υφή των επιφανειών, αλλά και τις πιθανές εφαρμογές αυτής της τελευταίας έρευνας είναι πολύ ευρύτερο. Εκτός από την εξουσία-εργοστάσιο τουρμπίνες, αυτό θα μπορούσε επίσης να επηρεάσει το σχεδιασμό των πυκνωτών σε μονάδες αφαλάτωσης, και ακόμη και ο σχεδιασμός των εκτυπωτές inkjet, των οποίων η λειτουργία βασίζεται στην κατάθεση σταγονίδια μελανιού σε μια επιφάνεια.

Το έργο αυτό χρηματοδοτήθηκε από την πρωτοβουλία για την ενέργεια του MIT, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, η Dupont-MIT Συμμαχία, και της Πρωτοβουλίας για την Αειφορία και Ενέργειας στο Northwestern. Edgerton του MIT Κέντρο παρέχει επίσης υψηλής ταχύτητας εξοπλισμού βίντεο.

Πηγή: http://web.mit.edu/

Last Update: 5. October 2011 18:43

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit