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Posted in | Nanoanalysis

新的研究結果表明,納米紋理的表面可以防止冰的形成

Published on January 24, 2011 at 6:01 AM

生活在舊式樓宇的人常常聽到他們的管道或散熱器管道的衝擊噪聲 - 它是一個著名的效果稱為水錘,它可以出現一個閥門突然打開或攜帶水或蒸汽的管道關閉,造成的壓力波旅行下來用足夠的力量,它有時會導致管道爆裂的管道。

現在,新的研究表明,一個類似的效果,需要一個規模很小的地方,每當有水滴撞擊表面。

這種顏色增強的圖像顯示了一個超疏水表面上沉積,就在它從存款用於滴管分離水滴。

麻省理工學院的Kripa瓦拉納西,對報告的新發現發表在本週的“物理評論”雜誌快報的合作作者,說的現象可以幫助工程師設計出更耐用的冷凝表面,這是在海水淡化廠和蒸汽發電廠使用。其他合作作者包括麻省理工學院機械工程專業的研究生赫敏權和亞當 - 帕克森,西北大學副教授Neelesh Patankar。

瓦臘納西,D' Arbeloff機械工程助理教授說,解釋為什麼用於發電廠渦輪機的葉片往往下降如此之快,需要經常更換,並可能導致更耐用的渦輪機設計的效果。由於在世界上產生的所有電力的一半左右來自蒸汽輪機 - 無論是煤炭,核能燃料,天然氣或石油加熱 - 改善他們的長壽和效率,可以減少停機時間,並增加對這些植物的整體輸出,並從而幫助遏制世界上溫室氣體排放。

在超疏水表面(水驅蚊)的發展一直存在廣泛的興趣,瓦拉納西說,在某些情況下,模仿如荷葉和壁虎的皮膚,在自然界中發現的表面紋理。但是,大部分研究進行了迄今已靜力試驗等表面的行為:要看到大小不同的方式等表面的飛沫傳播(稱為潤濕)或他們如何珠,形成較大的液滴,典型的方法是添加或減去水慢慢在一個固定的液滴。但是,這不是一個逼真的模擬水滴在表面上的反應如何,瓦拉納西說。

“在任何真正的應用程序,事物都是動態的,”他說。瓦拉納西的研究表明,移動觸及表面的水滴的動態都相當到位形成的不同的水滴。

具體來說,這些液滴進行內部快速減速,產生強大的壓力 - 一個小規模的水錘效應。正是這種微小的壓力,但激烈的突發,發電廠渦輪葉片上的點蝕和侵蝕的帳戶,他說,這限制了它們的使用壽命。

他說,“這是一個最大的懸而未決的問題”在發電廠設計。除了損壞刀片,混合蒸汽流量的水滴的形成和生長液的權力很大,佔比達 30%,在這種植物的系統損失。由於一些蒸汽,基於權力的植物,如天然氣聯合循環工廠,,可已經有燃料的能量轉換成電力的效率高達 85%,如果這些液滴的損失可能會被淘汰它可以提供幾乎是一個 5 - %提高電源。

“這是一個新的發現,事實上,說:”大衛 Quéré,ESPCI,巴黎的非均質材料的物理和力學實驗室的研究部主任。他解釋說,“超疏水材料,水可以上滑行和滾動獨特的時尚,有趣的性質,提供水停留在我們發現他們的裝飾品的檯面。 (我喜歡叫,騙子的效果,因為水,然後坐在微釘床的頂部)。“

Quéré說,這項研究解釋為什麼水滴往往不能留在上面,而不是在刺穿的“釘子戶”等新的研究結果是“超疏水材料中的有趣,因為它有助於設計能夠抵抗這種材料不利影響。“

規模小,表面紋理潤濕渦輪葉片或其他設備的表面,可以防止水滴,但表面圖案的間距和大小需要動態進行研究,使用,如瓦拉納西和他的合著者所開發的技術,他說。規則排列的凸起或表面上的支柱,可以產生水脫落的效果,但只有當這些功能的大小和間距是恰到好處。這項研究表明,似乎是一個紋理的關鍵是有效的規模,而尺寸較大或小於失敗產生的水驅蚊效果。這個團隊開發的分析,使人們有可能對生產 superhydrophic表面上的渦輪葉片和其他設備,以確定最有效的尺寸和形狀的圖案。

這項工作是關係到瓦拉納西的研究如何防止飛機機翼上的冰的形成,還利用納米表面紋理,但這項最新研究的潛在應用是廣泛得多。此外發電廠渦輪機,這也可能影響海水淡化廠的冷凝器設計,甚至設計的噴墨打印機,其操作是基於一個表面上沉積的墨滴。

這項工作是由麻省理工學院能源倡議,國家科學基金會,杜邦麻省理工學院聯盟,和西北能源和可持續發展倡議的資助。麻省理工學院的埃傑頓中心還提供了高速的視頻設備。

來源: http://web.mit.edu/

Last Update: 5. October 2011 19:39

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