К большому огорчению жителей Северного полушария, зима снова приближается. Для многих из нас это означает возвращение к обледенелым дорогам, тротуарам, линиям электропередачи, ветряным турбинам и даже крыльям самолетов. Традиционно основные методы избавления от этого льда – или, по крайней мере, удержания его под контролем – включают использование соли и/или противообледенительных химикатов. И то, и другое трудоемко и вредно для окружающей среды, плюс соль убивает траву и вызывает ржавчину автомобилей. Теперь ученые из Даляньского технологического университета разработали новую структуру из медных нанопроволок, которая может пассивно удалять лед с поверхности с эффективностью, близкой к 100%.
Не было недостатка в противообледенительных системах, разработанных и испытанных на протяжении многих лет. Некоторые требуют химических покрытий, а другие включают в себя наноразмерные структуры, которые не позволяют воде превратиться в лед. Некоторые используют электричество для нагрева поверхностей, наполненных графеном или углеродными нанотрубками, в то время как другие состоят из магнитных покрытий, с которых лед сразу же соскальзывает.
Для нового исследования команда университета разработала сборки из медных нанопроволок, которые обладают преимуществами обгрева поверхностей без необходимости искусственного источника энергии. Вместо этого они получают энергию от солнечного света и предназначены для эффективного поглощения и плавного распределения этого тепла по всему массиву.
Посредством серии экспериментов команда определила наиболее эффективные конструкции — вертикальные нанопроволоки с зазором между ними всего 2 или 3 микрометра. Это позволило им улавливать более 95% падающего на них солнечного света, а высокая теплопроводность меди позволяла теплу эффективно распространяться. Конечным результатом стала супергидрофобная поверхность с заявленной эффективностью размораживания, приближающейся к 100%.
Схема, показывающая, как работают новые противообледенительные структуры из медных нанопроволок. Фото: Siyan Yang, Qixun Li, Bingang Du, Yushan Ying, Yijun Zeng, Yuankai Jin, Xuezhi Qin, Shouwei Gao, Steven Wang, Zuankai Wang, Rongfu Wen and Xuehu Ma.
Команда говорит, что этот метод кажется многообещающим, но признает, что могут возникнуть некоторые проблемы с расширением производства, которые необходимо сначала решить.
«В принципе, благодаря простоте изготовления, высокой управляемости и разнообразию морфологии, конструкция сборок нанопроволок является многообещающей для широкого применения в области борьбы с обледенением и размораживанием, что устраняет необходимость в традиционных энергозатратах», — сказал Сюэху Ма (Xuehu Ma), автор исследования. «Однако долговечность, масштабируемость и химическая стабильность сборок нанопроволок ограничены в практических приложениях, связанных со сложными условиями работы. Необходимо разработать более общие методы обработки микро/наноматериалов для повышения эффективности производства, материального масштаба и долговечности поверхности. Несмотря на это, концепция проекта этой работы служит компасом для будущих исследований, особенно в холодных регионах, испытывающих нехватку электроэнергии».
Исследование было опубликовано в журнале International Journal of Extreme Manufacturing.
Источник: Dalian University of Technology via Phys.org.
