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Nanotextured-Oberflächen Erhöhen Kondensator-Leistung

Published on October 23, 2012 at 12:10 PM

Kondensatore sind ein entscheidendes Teil heutige Leistungskraftwerksparks: Ungefähr 80 Prozent Triebwerkanlagen der ganze der Welt verwenden sie, um Dampf zurück zu Wasser zu drehen, nachdem es aus die Turbinen herauskommt, die Generatoren drehen. Sie sind auch ein Schlüsselelement in den Entsalzungsanlagen, ein schnell wachsender Beisteuernder zur Frischwasserversorgung der Welt. Jetzt hält eine neue Oberflächenarchitektur, die von den Forschern an MIT konstruiert wird, das Versprechen von die Leistung solcher Kondensatore beträchtlich aufladen an.

Die Forschung wird in einem Papier beschrieben, das gerade online im Zapfen veröffentlicht wird ACS, der durch MIT-postdoc Sushant Anand Nano ist; Kripa Varanasi, der Doherty-Außerordentliche Professor von Ozean-Nutzung; und Student im Aufbaustudium Adam Paxson, postdoc Rajeev Dhiman und Forschung verknüpfen Dave Smith, die ganze Varanasis Forschungsgruppe an MIT.

Die Taste zur verbesserten hydrophoben (wasser-verschüttenden) Oberfläche ist eine Kombination des mikroskopischen Kopierens - eine Oberfläche umfaßt mit kleinen Stößen oder Posten gerade 10 Mikrometer (millionths eines Meters) herüber über die Größe eines roten Blutkörperchens - und der Beschichtung eines Schmiermittels, wie Schmieröl. Die kleinen Platz zwischen den Posten halten den an der richtigen Stelle durchgehenden haarartigen Vorgang des Schmieröls an, die gefundenen Forscher.

Das Team entdeckte, dass die Tröpfchen des Wassers kondensierend auf dieser Oberfläche 10.000mal schneller als auf Oberflächen mit hydrophoben gerade kopieren verschoben. Die Drehzahl dieses Tröpfchenantrages ist zum Lassen der Tröpfchen von der Oberfläche fallen Schlüssel, damit Neue sich bilden können und erhöht die Leistungsfähigkeit der Wärmeübertragung in einem Triebwerkanlagekondensator oder die Kinetik der Wasserproduktion in einer Entsalzungsanlage.

Mit dieser neuen Behandlung „Absinken können auf der Oberfläche gleiten,“ sagt Varanasi, schwimmt wie Kobolde auf einem LuftHockey Tisch und sieht wie schwebendes UFOs aus - ein Verhalten Varanasi sagt, dass er nie in mehr als ein Jahrzehnt der Arbeit über hydrophobe Oberflächen gesehen hat. „Diese sind gerade verrückte Geschwindigkeiten.“

Die Menge des Schmiermittels benötigt ist minimal: Sie bildet eine dünne Beschichtung und wird sicher an Ort und Stelle durch die Posten festgesteckt. Jedes Mögliches Schmiermittel, das verloren ist, wird leicht von einem kleinen Hydrauliktank am Rand der Oberfläche ausgetauscht. Das Schmiermittel kann konstruiert werden, um solchen niedrigen Dampfdruck zu haben, den, Varanasi sagt, „Sie kann ihn in ein Vakuum sogar einsetzen, und es verdunstet nicht.“

Ein Anderer Vorteil der neuen Anlage ist, dass er nicht von irgendeiner bestimmten Konfiguration der kleinen Beschaffenheiten auf der Oberfläche abhängt, solange sie über die rechten Abmessungen haben. „Er kann leicht hergestellt werden,“ sagt Varanasi. Nachdem die Oberfläche strukturiert ist, kann das Material in das Schmiermittel mechanisch eingetaucht werden und ausgezogen werden; die meisten des Schmiermittels leitet einfach ab, und „nur die Flüssigkeit in den Kammern wird herein durch haarartige Kräfte angehalten,“ sagt Anand. Weil die Beschichtung so dünn ist, sagt er, es nimmt nur ein ungefähr Viertel zu einem Halbteelöffel des Schmiermittels, um ein Quadratyard des Materials zu beschichten. Das Schmiermittel kann die zugrunde liegende Metalloberfläche vor Korrosion auch schützen.

Varanasi plant weitere Forschung, um genau mengenmäßig zu bestimmen, wie viel Verbesserung möglich ist, indem man die neue Technik in den Triebwerkanlagen verwendet. Weil dampfgetriebene Turbinen in den Fossilienbrennstofftriebwerkanlagen der Welt überall vorhanden sind, sagt er, „selbst wenn sichert es 1 Prozent, das“ in seiner möglichen Auswirkung auf weltweite Emissionen von Treibhausgasen enorm ist.

Die neuen Anflugarbeiten mit einer großen Vielfalt von Oberflächenbeschaffenheiten und von Schmiermitteln, die Forscher sagen; sie planen, laufende Forschung auf dem Finden von optimalen Kombinationen für Kosten und Haltbarkeit zu fokussieren. „Es gibt viel Wissenschaft in, wie Sie diese Flüssigkeiten und Beschaffenheiten konstruieren,“ Varanasi sagt.

Dass weitere Forschung durch eine neue Technik Varanasi unterstützt wird, hat sich gemeinsam mit Forschern einschließlich Konrad Rykaczewski, ein MIT-Forschungswissenschaftler entwickelt, der aktuell am National Institute of Standards and Technology (NIST) basiert wird in Gaithersberg, Md., zusammen mit John Henry Scott und Marlon-Wanderer von NIST und Trevan Landin von FEI-Firma. Dass Technik in einem unterschiedlichen Papier auch gerade beschrieben wird, veröffentlichten in Nano ACS.

Zum ersten Mal erhält diese neue Technik die direkten, ausführlichen Bilder der Schnittstelle zwischen einer Oberfläche und einer Flüssigkeit, wie Tröpfchen, die auf ihr kondensieren. Normalerweise wird diese Schnittstelle - die Taste zu Verständnisnassmachen und zu wasser-verschütten Prozessen - von Ansicht durch die Tröpfchen selbst, Varanasi erklärt, so die meiste Analyse hat gebaut auf die Computerformung versteckt. Im neuen Prozess werden Tröpfchen schnell an Ort und Stelle auf der Oberfläche eingefroren, geschnitten im Querschnitt mit einem Ionenträger, und dann abgebildet unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops.

„Die Methode beruht auf dem Erhalt der Geometrie der Proben durch schnelles, in Flüssigkeitstickstoff Schlamm am Mangel 210 Grad Celsius einfrierend [minus 346 Grade Fahrenheit],“ sagt Rykaczewski. „Die einfrierende Kinetik ist so schnell (ungefähr 20.000 Grad Celsius pro Sekunde) dieses Wasser und andere Flüssigkeiten crystalize nicht, und ihre Geometrie wird konserviert.“

Die Technik könnte verwendet werden, um viele verschiedenen Interaktionen zwischen Flüssigkeiten zu studieren, oder Gase und feste Oberflächen, Varanasi sagt. „Es ist eine vollständig neue Technik. Zum ersten Mal sind wir in der Lage, diese Details dieser Oberflächen zu sehen.“

Die erhöhte Kondensationsforschung empfing Finanzierung von der National Science Foundation (NSF), das Initiativenprogramm der Energie-Masdar-MIT und der Mitte MITS Deshpande. Die direkte Darstellungsforschung verwendete NIST-Teildienste, mit Finanzierung von einer NSF-Bewilligung und vom Du Pont-MIT Alliance.

Quelle: MIT

Last Update: 23. October 2012 12:22

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