13:35 2022-01-18
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Controlul modului în care suprafețele și lichidele „cuplu ciudat” interacționează
_ Controlul cât de ciudat suprafețele cuplului și lichidele interacționează
Umecbilitatea unei suprafețe – fie că picături de apă sau altă sferă de lichid se ridică sau se răspândesc atunci când intră în contact cu aceasta – este un factor crucial într-o mare varietate de activități comerciale și aplicații industriale, cum ar fi cât de eficient funcționează cazanele și condensatoarele în centralele electrice sau modul în care conductele termice transportă căldura în procesele industriale. Această caracteristică a fost văzută de mult timp ca o proprietate fixă a unei perechi date de materiale lichide și solide, dar acum cercetătorii MIT au dezvoltat o modalitate de a face chiar și cele mai improbabile perechi de materiale să capete nivelul dorit de umectare.
Noul proces este descris săptămâna aceasta în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), într-o lucrare a postdoctoraților MIT Kyle Wilke, Zhengmao Lu și Youngsop Song și profesor de inginerie mecanică Evelyn Wang.
Umiditatea este, de obicei, strâns legată de proprietățile tensiunii superficiale ale unui lichid - cu cât tensiunea superficială este mai mare, cu atât este mai probabil ca lichidul să formeze margele pe o suprafață, mai degrabă decât să se răspândească pentru a umezi suprafața. Mercurul are o tensiune de suprafață excepțional de mare și, prin urmare, este considerat extrem de neumeziv, așa că echipa a ales acest lichid notoriu de dificil pentru una dintre demonstrațiile lor. Ei au reușit să producă o suprafață, realizată dintr-un material de obicei neumeziv, care a făcut ca mercurul să se răspândească pe ea fără o reacție chimică, ceva ce nu a fost demonstrat până acum.
Noua metodă se bazează pe texturarea suprafeței, indiferent de a compoziției sale, cu adâncituri strâns distanțate care au „deschideri de reintrare” – adică deschiderea din partea de sus este mai îngustă decât restul cavității, mai degrabă ca un borcan cu o gură îngustă. Această suprafață texturată este pretratată cu un lichid care umple toate aceste cavități, lăsând zone expuse de lichid în aceste deschideri de-a lungul suprafeței, care modifică proprietățile suprafeței. Atunci când se adaugă un alt lichid, care, în funcție de aplicare, poate fi același sau diferit de cel preîncărcat în suprafață, răspunsul acestuia la suprafață se schimbă de la neumezire la umezire.
Suprafețe care au o umectabilitate ridicată. pentru apă sunt cunoscute ca hidrofile, iar cele care nu sunt umezite pentru apă sunt cunoscute ca hidrofobe. Udabilitatea sau non-umiditatea este termenul generic pentru un astfel de comportament, indiferent de lichidul particular implicat.
Deși suprafețele reintrante au fost demonstrate anterior în alte scopuri, această lucrare este prima care arată că pot fi utilizate pentru a modifica suprafață pentru a produce „regime de umectare care nu au fost demonstrate înainte”, spune Wang, care este profesor de inginerie Ford și șeful Departamentului de Inginerie Mecanică al MIT.
Descoperirile sunt atât de noi încât pot fi multe reale. -aplicații mondiale la care echipa nu s-a gândit încă, spune Wilke: „Este ceva pe care suntem foarte încântați să începem să-l explorăm”, spune el. Dar managementul termic în diverse procese industriale este probabil printre primele utilizări practice. Modul în care apa sau un alt fluid de lucru se răspândește sau nu se răspândește pe suprafețele condensatorului poate avea o influență majoră asupra eficienței multor procese care implică evaporare și condensare, inclusiv centralele electrice și instalațiile de procesare chimică.
„Am luat acum o suprafață care nu udă și am făcut-o umezită”, spune Wilke. „Oamenii au făcut anterior cazul opus, luând ceva care se umezește și făcându-l să nu se ude”. Astfel, această nouă lucrare deschide ușa pentru a putea exercita un control aproape total al umectabilității pentru diferite combinații de materiale de suprafață și lichide.
„Acum putem crea suprafețe care au cele mai imaginabile combinații de umectare.” spune Wilke. „Cred că acest lucru poate deschide cu siguranță niște aplicații cu adevărat interesante pe care căutăm să le explorăm.”
Un domeniu promițător este cel al acoperirilor de protecție. Multe materiale folosite pentru a proteja suprafețele de substanțe chimice dure sunt compuși fluorurati care nu se umezesc puternic, ceea ce îi poate face nepotriviți pentru multe aplicații. Udarea acestor suprafețe ar putea deschide multe noi utilizări potențiale pentru astfel de acoperiri.
Conductele de căldură la temperatură înaltă, utilizate pentru a conduce căldura dintr-un loc în altul, cum ar fi pentru răcirea mașinilor sau electronicelor, sunt o altă aplicație promițătoare. . „Multe dintre aceste fluide de lucru sunt metal lichid și se știe că acestea au o tensiune superficială foarte mare”, spune Lu. Acest lucru limitează drastic alegerea unor astfel de fluide, iar această nouă abordare ar putea deschide posibile alegeri de materiale.
În timp ce adânciturile de suprafață complexe pentru această cercetare au fost fabricate folosind procese de fabricare a semiconductoarelor, echipa explorează alte modalități de a realiza același tip de texturare folosind imprimarea 3D sau un alt proces care ar putea fi extins mai ușor pentru aplicații din lumea reală.
Echipa explorează, de asemenea, variații ale dimensiunilor și formelor acestor deschideri reintrante. De exemplu, spune Lu, deși suprafața și distanța dintre aceste deschideri determină în mare parte comportamentul de umectabilitate, adâncimea lor poate influența cât de stabil este acest comportament, deoarece găurile mai adânci sunt mai rezistente la evaporare, ceea ce ar putea submina îmbunătățirile de umectare. „Distanța până la partea de jos a canalului este o dimensiune critică care poate afecta comportamentul de umezire”, spune el. Aceste variații sunt explorate în lucrările ulterioare.
Folosind mercur, spune Lu, echipa „a ales setul nostru de geometrie pe baza acestui caz cel mai dificil” și a reușit în continuare să demonstreze o umiditate ridicată. „Deci, pentru combinații mai puțin dificile, aveți mai multă flexibilitate pentru a alege probabil mai ușor de realizat geometrii.”
„Probabil că există multe industrii care vor beneficia”, spune Wang, „fie că este vorba de o industrie de prelucrare chimică sau o industrie de tratare a apei sau o industrie de produse termice.” Unul dintre următorii pași pe care îi va face echipa, spune ea, este „să discute cu aceste diverse industrii pentru a identifica unde este oportunitatea pe termen cel mai apropiat.”
Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (web.mit). .edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre cercetarea, inovarea și predarea MIT.
Comentarii:
Adauga Comentariu