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

Nieuwe bevindingen tonen aan dat Nano-textureren van Oppervlakken kunnen ijsvorming te voorkomen

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

Mensen die in oudere gebouwen vaak te horen kloppen geluiden in hun sanitaire of radiator leidingen - het is een bekend effect genoemd een waterslag, die kunnen optreden wanneer een klep wordt plotseling open of gesloten in een pijp die water of stoom, waardoor een drukgolf om verder naar beneden de pijp met voldoende kracht dat het soms kan leiden tot de leidingen te barsten.

Nu, nieuw onderzoek toont aan dat een vergelijkbaar effect plaatst neemt op een kleine schaal als een druppel water valt op een oppervlak.

Deze kleur-enhanced beeld toont een druppel van het water wordt afgezet op een superhydrophobic oppervlak, net voordat het scheidt van de dropper gebruikt om het te storten.

MIT's Kripa Varanasi, co-auteur van een rapport over de nieuwe vinding deze week gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters, zegt het fenomeen zouden kunnen helpen ingenieurs ontwerpen duurzamer condenserend oppervlakken, die worden gebruikt in ontziltingsinstallaties en stoom op basis van energiecentrales. Andere co-auteurs zijn onder MIT mechanische ingenieur studenten Hyuk-Min Kwon en Adam Paxson, en universitair hoofddocent Neelesh Patankar van de Northwestern University.

Varanasi, de d'Arbeloff Assistant Professor of Mechanical Engineering, zegt dat het effect verklaart waarom bladen gebruikt in de power-plant turbines hebben de neiging om zo snel af te breken en te vaak worden vervangen nodig hebben, en kan leiden tot het ontwerpen van meer duurzame turbines. Aangezien ongeveer de helft van alle elektriciteit in de wereld komt uit stoomturbines - of verwarmd door kolen, nucleaire brandstof, aardgas of aardolie - het verbeteren van hun levensduur en efficiëntie zou kunnen verminderen van de stilstand en verhoging van de totale productie voor deze installaties, en aldus bij te dragen terug te dringen in de wereld de uitstoot van broeikasgassen.

Er is veel belangstelling voor de ontwikkeling van superhydrophobic (water-afstotende) oppervlakken zijn, Varanasi zegt, die in sommige gevallen gestructureerde oppervlakken in de natuur gevonden, zoals de lotus bladeren en de huid van de gekko's na te bootsen. Maar de meeste onderzoek tot nu toe over hoe dergelijke oppervlakken gedragen zijn statische tests: Om de manier waarop druppeltjes van verschillende grootte die op dergelijke vlakken verdeeld (de zogenaamde nat), of hoe ze hiel tot grotere druppels vormen te zien, de typische methode is toe te voegen of langzaam aftrekken water in een stationaire druppel. Maar dit is niet een realistische simulatie van hoe de druppeltjes reageren op oppervlakken, Varanasi zegt.

"In een echte applicatie, dingen dynamisch zijn", zegt hij. En Varanasi Het onderzoek toont de dynamiek van bewegende druppels raken van een oppervlak zijn heel anders dan druppeltjes gevormd op zijn plaats.

In het bijzonder, zoals druppels ondergaan een snelle interne vertraging die een sterke druk produceert - een kleinschalige versie van de water-hamer effect. Het is dit kleine maar intense uitbarsting van de druk die goed is voor de putjes en erosie te vinden op power-plant turbinebladen, zegt hij, die hun nuttige levensduur beperkt.

"Dit is een van de grootste onopgeloste problemen" in power-plant design, zegt hij. In aanvulling op beschadiging van de messen, de vorming en groei van waterdruppels gemengd met de stroom van stoom sappen een groot deel van het vermogen, goed voor maximaal 30 procent van het systeem verliezen in dergelijke installaties. Aangezien sommige stoom-gebaseerde centrales, zoals aardgas met gecombineerde cyclus planten, kan nu al rendementen tot 85 procent hebben in het omzetten van de brandstof-energie om elektriciteit, als deze druppel verliezen konden worden weggenomen dat zou kunnen bieden bijna 5 procent boost aan de macht.

"Dit is een nieuwe vinding, inderdaad," zegt David Quere, directeur van onderzoek bij het laboratorium van de fysica en mechanica van heterogene materialen op ESPCI, Parijs. Hij legt uit dat "superhydrophobic materialen, waarop water kan glijden en rollen op een unieke manier, hebben interessante eigenschappen, op voorwaarde dat het water blijft op de toppen van de decoraties vinden we op hen. (Ik noem dat de fakir effect, dan omdat het water zit aan de toppen van een bed van micro-nagels.) "

Dit onderzoek, Quere zegt, legt uit waarom druppels vaak niet op de hoogte blijven en in plaats daarvan krijg gespietst op de "nagels," en dus de nieuwe bevindingen zijn "interessant in het kader van superhydrophobic materialen, omdat het helpt bij het ontwerp van materialen in staat om deze weerstand te bieden soort van schadelijke effect. "

Kleinschalige textureren van oppervlakken kunnen voorkomen dat de druppels van het bevochtigen van de oppervlakken van turbinebladen of andere apparaten, maar de afstand en de grootte van het oppervlak patronen moeten dynamisch worden bestudeerd, met behulp van technieken zoals die zijn ontwikkeld door Varanasi en zijn co-auteurs, zegt hij. Regelmatige afstand van elkaar hobbels of pilaren op het oppervlak kan een water-vergieten effect, maar alleen als de grootte en afstand van deze functies is precies goed. Dit onderzoek toonde aan dat er sprake lijkt van een kritische schaal van texturen die effectief zijn, terwijl maten ofwel groter of kleiner dan die niet aan de water-afstotende effect te produceren. De analyse is ontwikkeld door dit team moet het mogelijk maken om de meest effectieve maten en vormen van patronen vast te stellen voor het produceren van superhydrophic oppervlakken op turbine blades en andere apparaten.

Het werk is met betrekking tot onderzoek Varanasi's over hoe om ijsvorming te voorkomen op vliegtuigvleugels, ook met behulp van nano-textureren van oppervlakken, maar de mogelijke toepassingen van dit laatste onderzoek zijn veel breder. Naast de power-plant turbines, kan dit ook gevolgen hebben voor het ontwerp van condensatoren in ontziltingsinstallaties, en zelfs het ontwerp van inkjet-printers, waarvan de werking is gebaseerd op storten druppels inkt op een oppervlak.

Dit werk werd gefinancierd door het MIT Energy Initiative, de National Science Foundation, de Dupont-MIT Alliance, en het initiatief voor duurzaamheid en energie aan de Northwestern. MIT Edgerton Center ook voorzien high-speed video-apparatuur.

Bron: http://web.mit.edu/

Last Update: 5. October 2011 19:39

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