Forskare vid Dalian University of Technology föreslår en design av nanotrådsenheter av koppar som tillräckligt kan förbättra avisnings- och avfrostningseffektiviteten utan konventionell energitillförsel. Specifikt närmar sig avfrostningseffektiviteten 100 %, ett rekordhögt värde jämfört med rapporterade studier.
Forskningen, publicerad i International Journal of Extreme Manufacturing , visar en enkel elektrokemisk metod för att tillverka nanotrådsenheter med kontrollerat mönster, hierarki och storlek. Detta möjliggör samtidig presentation av fototermiska, värmeledande och superhydrofoba egenskaper, som annars är omöjliga för konventionella ytor.
Den fototermiska egenskapen säkerställer effektiv absorption av solljus, den värmeledande egenskapen ger den snabba laterala värmeledningen efter absorption av solljus, medan den superhydrofoba egenskapen driver fram glidning eller bortrullning av is/frost vid smältning från ytan, med avfrostning högre än tidigare rapporterade.
Is- och frostuppbyggnad utgör kontinuerligt betydande utmaningar inom olika områden, allt från kryogen frysning av celler i nanoskala till flygning av flygplan i makroskala.
"Traditionella lösningar för avisning/avfrostning bygger huvudsakligen på mekaniska, termiska och kemiska tillvägagångssätt, men alla är antingen energikrävande, arbetsintensiva eller miljöovänliga. Dessutom krävde vissa av dessa aktiva tillvägagångssätt direkt kontakt med materialyta, vilket utgör risker för ömtåliga beläggningar För att uppnå energibesparande och miljövänlig avisning/avfrostning utan att kompromissa med ytans funktionalitet, har de flesta ansträngningar skiftat mot passiva tillvägagångssätt via ytmodifieringar, säger Siyan Yang, den första författaren till uppsatsen. nu postdoc vid Hong Kong Polytechnic University.
Det senaste intresset har centrerats på fototermiska ytor med superhydrofobicitet som kan värmas upp av solljus, en grön energikälla som finns i överflöd på jorden. De flesta ytor lider dock av lokal och ojämn uppvärmning på grund av den sämre värmeledningsförmågan. Att ytterligare sammanfoga dessa ytegenskaper med termiskt ledande material, särskilt metaller, har således stor potential för avisning och avfrostning, som ändå i stort sett förblir outforskad.
"För att ta itu med ovanstående problem, utvecklar vi en enkel tillverkningsmetod för att producera kontrollerbara kopparnanowire-enheter. Vi fann att morfologin, höjden och skalan på sammansättningarna kan justeras genom att justera de elektrokemiska parametrarna. Genom vätbarhet och fototermiska tester fann vi att de flesta nanotrådsenheter kan behandlas [som] superhydrofoba, med en absorptionshastighet för solljus som är större än 95 %. På grund av kopparmaterialens höga ledningsförmåga kan nanotrådsenheter, särskilt designen med upprättstående nanotrådar och en genomsnittlig mikrospårbredd på 2-3 μm. , möjliggöra överlägsna avisnings- och avfrostningsprestanda," sa Qixun Li (doktorand, nu vid Dalian University of Technology), den första medförfattaren till tidningen.
Denna innovativa design kan leda till 2-3 gånger kortare total avfrostningstid än andra tre nanostrukturerade ytor, bara med superhydrofobicitet, fototermisk effekt eller en kombination därav. Imponerande nog uppnår denna design den högsta avfrostningseffektiviteten (~100 %) jämfört med tidigare arbeten.
"I princip, genom att ingjuta enkel tillverkning, hög styrbarhet och mångfald i morfologi, är designen av nanotrådsenheter lovande i breda avisnings- och avfrostningstillämpningar som tar bort behovet av traditionell energitillförsel. Men hållbarheten, skalbarheten och kemikalien stabiliteten hos nanotrådsenheterna är begränsade i praktiska tillämpningar som involverar komplexa arbetsförhållanden. Det är nödvändigt att utveckla mer generella metoder för bearbetning av mikro/nanomaterial för att förbättra tillverkningseffektiviteten, materialskala och ythållbarhet. Trots detta tjänar designkonceptet för detta arbete som en kompass för framtida forskningsinsatser, särskilt i kalla områden som står inför strömbrist", konstaterade Xuehu Ma, professor i kemiteknik vid Dalian University of Technology och motsvarande författare till studien.
Mer information: Siyan Yang et al, fototermiska superhydrofoba koppar nanotrådsenheter:tillverkning och avisnings-/avfrostningstillämpningar, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acef78
Tillhandahålls av International Journal of Extreme Manufacturing
