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Posted in | Nanoanalysis

新的研究结果表明,纳米纹理的表面可以防止冰的形成

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

生活在旧式楼宇的人常常听到他们的管道或散热器管道的冲击噪声 - 它是一个著名的效果称为水锤,它可以出现一个阀门突然打开或携带水或蒸汽的管道关闭,造成的压力波旅行下来用足够的力量,它有时会导致管道爆裂的管道。

现在,新的研究表明,一个类似的效果,需要一个规模很小的地方,每当有水滴撞击表面。

这种颜色增强的图像显示了一个超疏水表面上沉积,就在它从存款用于滴管分离水滴。

麻省理工学院的Kripa瓦拉纳西,对报告的新发现发表在本周的“物理评论”杂志快报的合作作者,说的现象可以帮助工程师设计出更耐用的冷凝表面,这是在海水淡化厂和蒸汽发电厂使用。其他合作作者包括麻省理工学院机械工程专业的研究生赫敏权和亚当 - 帕克森,西北大学副教授Neelesh Patankar。

瓦腊纳西,D' Arbeloff机械工程助理教授说,解释为什么用于发电厂涡轮机的叶片往往如此迅速降解,需要经常更换,并可能导致更耐用的涡轮机设计的效果。由于在世界上产生的所有电力的一半左右来自蒸汽轮机 - 无论是煤炭,核能燃料,天然气或石油加热 - 改善他们的长寿和效率,可以减少停机时间,并增加对这些植物的整体输出,并从而帮助遏制世界上温室气体排放。

在超疏水表面(水驱蚊)的发展一直存在广泛的兴趣,瓦拉纳西说,在某些情况下,模仿如荷叶和壁虎的皮肤,在自然界中发现的表面纹理。但是,大部分研究进行了迄今已静力试验等表面的行为:要看到大小不同的方式等表面的飞沫传播(称为润湿)或他们如何珠,形成较大的液滴,典型的方法是添加或减去水慢慢在一个固定的液滴。但是,这不是一个逼真的模拟水滴在表面上的反应如何,瓦拉纳西说。

“在任何真正的应用程序,事物都是动态的,”他说。瓦拉纳西的研究表明,移动触及表面的水滴的动态都相当到位形成的不同的水滴。

具体来说,这些液滴进行内部快速减速,产生强大的压力 - 一个小规模的水锤效应。正是这种微小的压力,但激烈的突发,发电厂涡轮叶片上的点蚀和侵蚀的帐户,他说,这限制了它们的使用寿命。

他说,“这是一个最大的悬而未决的问题”在发电厂设计。除了损坏刀片,混合蒸汽流量的水滴的形成和生长液的权力很大,占比达30%,在这种植物的系统损失。由于一些蒸汽,基于权力的植物,如天然气联合循环工厂,,可已经有燃料的能量转换成电力的效率高达85%,如果这些液滴的损失可能会被淘汰它可以提供几乎是一个5 - %提高电源。

“这是一个新的发现,事实上,说:”大卫Quéré,ESPCI,巴黎的非均质材料的物理和力学实验室的研究部主任。他解释说,“超疏水材料,水可以上滑行和滚动独特的时尚,有趣的性质,提供水停留在我们发现他们的装饰品的台面。 (我喜欢叫,骗子的效果,因为水,然后坐在微钉床的顶部)。“

Quéré说,这项研究解释为什么水滴往往不能留在上面,而不是在刺穿的“钉子户”等新的研究结果是“超疏水材料中的有趣,因为它有助于设计能够抵抗这种材料不利影响。“

规模小,表面纹理润湿涡轮叶片或其他设备的表面,可以防止水滴,但表面图案的间距和大小需要动态进行研究,使用,如瓦拉纳西和他的合著者所开发的技术,他说。规则排列的凸起或表面上的支柱,可以产生水脱落的效果,但只有当这些功能的大小和间距是恰到好处。这项研究表明,似乎是一个纹理的关键是有效的规模,而尺寸较大或小于失败产生的水驱蚊效果。这个团队开发的分析,使人们有可能对生产superhydrophic表面上的涡轮叶片和其他设备,以确定最有效的尺寸和形状的图案。

这项工作是关系到瓦拉纳西的研究如何防止飞机机翼上的冰的形成,还利用纳米表面纹理,但这项最新研究的潜在应用是广泛得多。此外发电厂涡轮机,这也可能影响海水淡化厂的冷凝器设计,甚至设计的喷墨打印机,其操作是基于一个表面上沉积的墨滴。

这项工作是由麻省理工学院能源倡议,国家科学基金会,杜邦麻省理工学院联盟,和西北能源和可持续发展倡议的资助。麻省理工学院的埃杰顿中心还提供了高速的视频设备。

来源: http://web.mit.edu/

Last Update: 3. October 2011 01:08

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