Projeto de superfície de conjuntos de nanofios de cobre para alta eficiência de descongelamento

Cientistas da Universidade de Tecnologia de Dalian propõem um projeto de conjuntos de nanofios de cobre que podem melhorar suficientemente a eficiência de descongelamento e descongelamento sem a entrada de energia convencional. Especificamente, a eficácia do descongelamento aproxima-se dos 100 por cento, um valor recorde em comparação com estudos relatados.

A pesquisa, publicada no International Journal of Extreme Manufacturing, mostra um método eletroquímico simples para fabricar conjuntos de nanofios com padrão, hierarquia e tamanho controlados. Isto permite a apresentação simultânea de propriedades fototérmicas, condutoras térmicas e superhidrofóbicas, que de outra forma seriam impossíveis para superfícies convencionais. A propriedade fototérmica garante a absorção eficiente da luz solar, a propriedade condutora térmica confere a rápida condução lateral de calor após a absorção da luz solar, enquanto a propriedade superhidrofóbica impulsiona o deslizamento ou rolamento do gelo/geada ao derreter da superfície, com o degelo maior do que o relatado anteriormente.

O acúmulo de gelo e geada representa continuamente desafios significativos em vários campos, desde o congelamento criogênico de células em nanoescala até o voo de aeronaves em macroescala. “As soluções tradicionais de descongelamento/descongelamento baseiam-se principalmente em abordagens mecânicas, térmicas e químicas, mas todas elas consomem muita energia, exigem muita mão-de-obra ou são pouco amigas do ambiente. Além disso, algumas destas abordagens ativas exigiam contato direto com a superfície do material, apresentando riscos para revestimentos delicados. Para obter economia de energia e descongelamento/descongelamento ecologicamente correto sem comprometer a funcionalidade da superfície, a maioria dos esforços mudou para abordagens passivas por meio de modificações de superfície”, disse Siyan Yang, o primeiro autor do artigo, que agora é pós-doutorado no Hong Kong Universidade Politécnica.

O interesse recente centrou-se em superfícies fototérmicas com superhidrofobicidade capazes de serem aquecidas pela luz solar, uma fonte de energia verde abundante na Terra. No entanto, a maioria das superfícies sofre aquecimento localizado e desigual devido à condutividade térmica inferior. Assim, a montagem adicional destas propriedades superficiais com materiais termicamente condutores, especialmente metais, possui um grande potencial para descongelamento e degelo, que, ainda, permanece em grande parte inexplorado.

“Para resolver os problemas acima, desenvolvemos uma abordagem de fabricação fácil para produzir conjuntos controláveis ​​de nanofios de cobre. Descobrimos que a morfologia, a altura e a escala dos conjuntos podem ser bem ajustadas ajustando os parâmetros eletroquímicos. Através de testes de molhabilidade e fototérmicos, descobrimos que a maioria dos conjuntos de nanofios pode ser tratada como superhidrofóbica, com uma taxa de absorção de luz solar superior a 95%. Devido à alta condutividade dos materiais de cobre, os conjuntos de nanofios, especialmente o design com nanofios verticais e uma largura média de microranhura de 2-3 μm, permitem desempenhos superiores de descongelamento e descongelamento”, disse Qixun Li (estudante de doutorado, agora na Universidade de Dalian). de Tecnologia), o primeiro coautor do artigo.

Este design inovador pode levar a tempos de descongelamento duas a três vezes mais curtos do que outras três superfícies nanoestruturadas apenas com superhidrofobicidade, efeito fototérmico ou uma combinação destes. Impressionantemente, este design atinge a maior eficiência de descongelamento (~100 por cento) em comparação com trabalhos anteriores.

"Em princípio, infundindo facilidade de fabricação, alta controlabilidade e diversidade na morfologia, o projeto de conjuntos de nanofios é promissor em amplas aplicações de degelo e descongelamento que eliminam a necessidade de entrada de energia tradicional. No entanto, a durabilidade, escalabilidade e química a estabilidade dos conjuntos de nanofios é limitada em aplicações práticas que envolvem condições de trabalho complexas. É necessário desenvolver métodos mais gerais de processamento de micro/nano materiais para melhorar a eficiência de fabricação, a escala do material e a durabilidade da superfície. Apesar disso, o conceito de design deste trabalho serve como uma bússola para futuros esforços de investigação, especialmente em áreas frias que enfrentam escassez de energia", observou Xuehu Ma, professor de engenharia química na Universidade de Tecnologia de Dalian e autor correspondente do estudo.