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Posted in | Nanoanalysis

Nouveaux résultats montrent que les nano-texturation de surfaces peuvent empêcher la formation de glace

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

Les personnes vivant dans des bâtiments anciens entend souvent des bruits de pulsations dans leur plomberie ou les tuyaux de radiateur - c'est un effet bien connu appelé un coup de bélier, qui peut se produire quand un robinet est tout à coup ouvert ou fermé dans une canalisation transportant de l'eau ou de vapeur, provoquant une onde de pression à voyager dans le tuyau avec suffisamment de force que cela peut parfois provoquer des tuyaux d'éclater.

Maintenant, de nouvelles recherches montrent qu'un effet similaire se déroule sur une échelle minuscule chaque fois une goutte d'eau frappe une surface.

Cette image couleur amélioré montre une gouttelette d'eau se dépose sur une surface superhydrophobe, juste avant qu'il se sépare de la pipette utilisée pour le déposer.

MIT Kripa Varanasi, co-auteur d'un rapport sur la nouvelle constatation publié cette semaine dans les Lettres de la revue Physical Review, affirme que le phénomène pourrait aider les ingénieurs à la conception des surfaces de condensation plus durables, qui sont utilisés dans les usines de dessalement et les centrales à vapeur. D'autres co-auteurs incluent MIT génie mécanique étudiants diplômés Hyuk-Min Kwon et Adam Paxson, et professeur agrégé Neelesh Patankar de la Northwestern University.

Varanasi, la Arbeloff d'assistant professeur de génie mécanique, explique l'effet qui explique pourquoi les lames utilisées dans les turbines des centrales électriques ont tendance à se dégrader si rapidement et doivent être remplacés fréquemment, et pourrait conduire à la conception de plusieurs turbines durables. Depuis environ la moitié de toute l'électricité produite dans le monde provient de turbines à vapeur - que ce soit chauffée par le charbon, le combustible nucléaire, le gaz naturel ou du pétrole - l'amélioration de leur longévité et leur efficacité pourrait réduire le temps d'arrêt et d'augmenter la production globale pour ces plantes, et donc aider réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre.

Il a été un large intérêt dans le développement de superhydrophobe (hydrofuge) les surfaces, Varanasi dit, ce qui dans certains cas, imitent des surfaces texturées trouvés dans la nature, tels que des feuilles de lotus et de la peau des geckos. Mais la plupart des recherches menées jusqu'ici sur la façon dont se comportent des surfaces telles ont été les tests statiques: Pour voir les gouttelettes façon de différentes tailles réparties sur des surfaces telles (appelé mouillage) ou comment ils billes pour former des gouttelettes plus grosses, la méthode classique consiste à ajouter ou soustraire l'eau lentement dans une goutte stationnaire. Mais ce n'est pas une simulation réaliste de la façon dont réagissent les gouttelettes sur les surfaces, Varanasi dit.

"Dans toute application réelle, les choses sont dynamiques", dit-il. Et la recherche Varanasi montre la dynamique des gouttelettes mouvement frapper une surface sont assez différents de gouttelettes formées en place.

Plus précisément, ces gouttelettes subissent une décélération rapide interne qui produit de fortes pressions - une version à petite échelle de l'effet de coups de bélier. C'est cet élan minuscule mais intense de la pression que les comptes de la piqûre et l'érosion trouvé sur les aubes de turbine de centrale électrique, dit-il, ce qui limite leur durée de vie utile.

«C'est l'un des plus grands problèmes non résolus" dans la conception de centrales électriques, dit-il. En plus d'endommager les lames, la formation et la croissance de gouttelettes d'eau mélangée avec le flux de vapeur sape une grande partie de la puissance, ce qui représente jusqu'à 30 pour cent des pertes du système de ces plantes. Depuis quelques centrales à vapeur à base tels que du gaz naturel à cycle combiné, peut déjà avoir des rendements jusqu'à 85 pour cent en convertissant l'énergie du carburant à l'électricité, si ces pertes gouttelettes pourraient être éliminées, il pourrait fournir près de 5 pour cent de stimuler le pouvoir.

«C'est une nouvelle découverte, en effet», explique David Quéré, directeur de recherche au laboratoire de physique et mécanique des matériaux hétérogènes à l'ESPCI, Paris. Il explique que les matériaux "superhydrophobe, sur laquelle l'eau peut glisser et rouler d'une manière unique, ont des propriétés intéressantes, l'eau fournie reste au dessus des décorations, nous trouvons sur eux. (Je tiens à appeler cela l'effet fakir, puisque l'eau se trouve alors au sommet d'un lit de micro-clous.) "

Cette recherche, affirme Quéré, explique pourquoi les gouttelettes échouent souvent pour rester au top et plutôt se empalé sur les "ongles", et ainsi les nouveaux résultats sont "intéressantes dans le contexte des matériaux superhydrophobe, car il permet de concevoir des matériaux capables de résister à cette sorte d'effet préjudiciable. "

Les petits texturation de surfaces peuvent empêcher les gouttelettes de mouiller les surfaces des aubes de turbine ou d'autres dispositifs, mais l'espacement et la taille des motifs de surface doivent être étudiés de manière dynamique, en utilisant des techniques telles que celles développées par Varanasi et ses co-auteurs, dit-il. Bosses régulièrement espacées ou des piliers de la surface peut produire un effet d'eau-perte, mais seulement si la taille et l'espacement de ces caractéristiques est juste à droite. Cette recherche a montré que il semble y avoir une échelle critique de texturage qui est efficace, tout en tailles soit plus grand ou plus petit que celui ne parviennent pas à produire l'effet hydrofuge. L'analyse développée par cette équipe devrait permettre de déterminer les dimensions les plus efficaces et les formes de structuration pour produire des surfaces superhydrophic sur les aubes de turbine et d'autres appareils.

Le travail est lié à la recherche de Varanasi sur la façon de prévenir la formation de glace sur les ailes d'avion, en utilisant également des nano-texturation de surfaces, mais les applications potentielles de cette dernière recherche est beaucoup plus large. En plus de centrales électriques éoliennes, ce qui pourrait également influer sur la conception de condensateurs dans les usines de dessalement, et même la conception d'imprimantes jet d'encre, dont le fonctionnement est basé sur le dépôt des gouttelettes d'encre sur une surface.

Ce travail a été financé par le MIT Energy Initiative, la National Science Foundation, l'Alliance Dupont-MIT, et l'Initiative pour le Développement Durable et de l'énergie à l'Université Northwestern. MIT Edgerton Centre a également fourni du matériel vidéo à haute vitesse.

Source: http://web.mit.edu/

Last Update: 3. October 2011 07:57

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