Forsker foreslår et alt-i-én overfladedesign af kobber nanotrådssamlinger for at opnå ~100 % afrimningseffektivitet

Forskere ved Dalian University of Technology foreslår et design af kobber nanotrådssamlinger, der i tilstrækkelig grad kan forbedre afisnings- og afrimningseffektiviteten uden konventionel energitilførsel. Specifikt nærmer afrimningseffektiviteten sig 100 %, en rekordhøj værdi sammenlignet med rapporterede undersøgelser.

Forskningen, offentliggjort i International Journal of Extreme Manufacturing , viser en simpel elektrokemisk metode til fremstilling af nanotrådssamlinger med kontrolleret mønster, hierarki og størrelse. Dette muliggør samtidig præsentation af fototermiske, termisk ledende og superhydrofobe egenskaber, som ellers er umulige for konventionelle overflader.

Den fototermiske egenskab sikrer den effektive absorption af sollys, den termiske ledende egenskab giver den hurtige laterale varmeledning efter absorption af sollys, mens den superhydrofobe egenskab driver glidningen eller bortrulningen af ​​is/frost ved smeltning fra overfladen, med afrimningen højere end tidligere rapporteret.

Is- og frostopbygning udgør konstant betydelige udfordringer på tværs af forskellige områder, lige fra kryogen frysning af nanoskalaceller til flyvning af makroskalafly.

"Traditionelle afisnings-/afrimningsløsninger er hovedsageligt afhængige af mekaniske, termiske og kemiske tilgange, men som alle er enten energikrævende, arbejdskrævende eller miljøvenlige. Derudover krævede nogle af disse aktive tilgange direkte kontakt med materialeoverflade, hvilket udgør en risiko for sarte belægninger For at opnå energibesparende og miljøvenlig afisning/afrimning uden at kompromittere overfladens funktionalitet, er de fleste bestræbelser skiftet mod passive tilgange via overflademodifikationer," sagde Siyan Yang, den første forfatter af papiret. nu postdoc ved Hong Kong Polytechnic University.

Nylig interesse har centreret sig om fototermiske overflader med superhydrofobicitet, der er i stand til at blive opvarmet af sollys, en grøn energikilde, der er rigelig på jorden. De fleste overflader lider dog af lokaliseret og ujævn opvarmning på grund af den ringere varmeledningsevne. Yderligere samling af disse overfladeegenskaber med termisk ledende materialer, især metaller, rummer således et stort potentiale for afisning og afrimning, som dog stort set forbliver uudforsket.

"For at løse ovenstående problemer udvikler vi en let fremstillingstilgang til fremstilling af kontrollerbare kobbernanowire-samlinger. Vi fandt ud af, at morfologien, højden og skalaen af ​​samlingerne kan justeres godt ved at justere de elektrokemiske parametre. Gennem befugtnings- og fototermiske tests fandt vi, at de fleste nanotrådssamlinger kan behandles [som] superhydrofobe, med en sollysabsorptionshastighed på mere end 95 %. På grund af kobbermaterialernes høje ledningsevne kan nanotrådssamlinger, især designet med opretstående nanotråde og en gennemsnitlig mikrorillebredde på 2-3 μm. , muliggør overlegne afisnings- og afrimningspræstationer," sagde Qixun Li (Ph.D.-studerende, nu ved Dalian University of Technology), den første medforfatter af papiret.

Dette innovative design kan føre til 2-3 gange kortere afrimningsvarighed end andre tre nanostrukturerede overflader blot med superhydrofobicitet, fototermisk effekt eller en kombination deraf. Imponerende nok opnår dette design den højeste afrimningseffektivitet (~100%) sammenlignet med tidligere værker.

"I princippet er designet af nanotrådskonstruktioner lovende i brede applikationer til afisning og afrimning, der fjerner behovet for traditionel energitilførsel. Men holdbarheden, skalerbarheden og kemi stabiliteten af ​​nanotrådssamlingerne er begrænset i praktiske applikationer, der involverer komplekse arbejdsforhold. Det er nødvendigt at udvikle mere generelle mikro-/nanomaterialebehandlingsmetoder for at forbedre fremstillingseffektiviteten, materialeskalaen og overfladens holdbarhed. På trods af dette tjener dette arbejdes designkoncept som et kompas for fremtidige forskningsbestræbelser, især i kolde områder med strømmangel," bemærkede Xuehu Ma, professor i kemiingeniør ved Dalian University of Technology og den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

Flere oplysninger: Siyan Yang et al., Fototermiske superhydrofobe kobber nanotrådssamlinger:fremstilling og afisning/afrimningsapplikationer, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acef78

Leveret af International Journal of Extreme Manufacturing