Ett forskarlag från KAIST har utvecklat en filmbeläggningsteknik för anti-icing och avisning som kan applicera den fototermiska effekten av guldnanopartiklar på industriplatser utan behov av värmetrådar, periodisk spray eller oljebeläggning av frostskyddsmedel och substratdesign ändringar.
Gruppen ledd av professor Hyoungsoo Kim från avdelningen för maskinteknik (Fluid &Interface Laboratory) och professor Dong Ki Yoon från avdelningen för kemi (Soft Material Assembly Group) avslöjade att de har utvecklat en originalteknik som kan mönstra guld nanorod ( GNR) partiklar i kvadranter genom enkel avdunstning och har använt detta för att utveckla en yta mot isbildning och avisning.
Studien har titeln "Plasmonic Metasurfaces of Cellulose Nanocrystal Matrices with Quadrants of Aligned Gold Nanorods for Photothermal Anti-Icing" och publiceras i tidskriften Nature Communications .
Många forskare har de senaste åren försökt kontrollera substratytor genom olika beläggningstekniker, och de som involverar mönstring av funktionella nanomaterial har fått särskild uppmärksamhet. I synnerhet anses GNR vara en lovande nanomaterialkandidat för dess biokompatibilitet, kemiska stabilitet, relativt enkla syntes och dess stabila och unika egenskap av ytplasmonresonans.
För att maximera prestanda för GNR är det viktigt att uppnå en hög enhetlighet under filmavsättning och en hög nivå av stavuppriktning. Men att uppnå båda kriterierna har hittills varit en svår utmaning.
För att lösa detta använde det gemensamma forskarteamet cellulosa nanokristall (CNC), ett nästa generations funktionellt nanomaterial som enkelt kan utvinnas ur naturen. Genom att sammontera GNR på CNC-kvadrantmallar kunde teamet torka filmen enhetligt och framgångsrikt få fram en GNR-film med en enhetlig inriktning i en ringform.
Jämfört med befintliga kafferingfilmer visade den mycket enhetliga och justerade GNR-filmen som utvecklats genom denna forskning förbättrade plasmoniska fototermiska egenskaper, och teamet visade att det kunde utföra anti-isnings- och avisningsfunktioner genom att helt enkelt bestråla ljus i den synliga våglängden intervall.
Professor Kim sa:"Denna teknik kan appliceras på plast, såväl som på flexibla ytor. Genom att använda den på exteriöra material och filmer, kan den generera sin egen värmeenergi, vilket i hög grad skulle spara energi genom frivillig värmeenergiskörd i olika applikationer, inklusive bilar, flygplan och fönster i bostäder eller kommersiella utrymmen, där frosting blir ett allvarligt problem på vintern."
Professor Yoon tillade, "Denna forskning är betydelsefull eftersom vi nu fritt kan mönstra CNC-GNR-kompositen, som tidigare var svår att skapa till filmer, över ett stort område. Vi kan använda detta som ett anti-isningsmaterial, och om vi Om vi skulle dra fördel av guldets plasmoniska egenskaper kan vi också använda det som målat glas för att dekorera glasytor."
Mer information: Jeongsu Pyeon et al, Plasmoniska metasytor av cellulosananokristallmatriser med kvadranter av inriktade guldnanorods för fototermisk anti-isning, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43511-9
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
