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新材料有效改善霜冻问题,比现有的防冰涂层延长300倍
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新材料有效改善霜冻问题,比现有的防冰涂层延长300倍

2019-3-20 18:53| 发布者: 醉望月| 查看: 340| 评论: 0
摘要: 防止表面结霜和结冰的大多数技术严重依赖于加热或液体化学品,因为它们容易冲洗掉,需要反复重新施加。甚至先进的防冰材料在高湿度和零度以下的条件下也会出现问题,当霜冻和冰层形成过载时。 ...
防止表面结霜和结冰的大多数技术严重依赖于加热或液体化学品,因为它们容易冲洗掉,需要反复重新施加。当霜冻和冰层形成过载时,甚至先进的防冰材料在高湿度和零度以下的条件下也会出现问题。

现在,伊利诺伊大学芝加哥工程学院的研究人员首次描述了几种称为相转换液体(PSL)的材料的独特性能,这些材料有望成为下一代防冰材料。PSL可以延迟冰和霜的形成,比实验室开发的最先进的涂层长300倍。他们的研究结果发表在“ 高级材料 ”杂志上。


“冰和霜对人们构成危害,可能会损坏机器并降低某些技术的功能,尤其是与能源和运输相关的技术,因此我们一直有兴趣寻找可能的方法来克服其有害影响,并且相转换液体非常有前景候选人,“机械和工业工程助理教授,该论文的通讯作者Sushant Anand说。

PSL是相变材料的一个子集,其熔点高于水的凝固点,即0摄氏度,这意味着它们在接近水冻结的温度范围内将是固体。这些材料的实例包括环己烷,环辛烷,二甲基亚砜,甘油等。

“在零度以下的温度下,所有的PSL都会变成固体。所以,在冬天,你可以在不需要用PSL材料结冰的地方涂上一层表面,并且它会比大多数需要频繁使用的除冰液保留更长时间。重新申请,“UIC工程学院的博士生Rukmava Chatterjee说,他是该论文的第一作者。

Chatterjee解释说,虽然研究人员已经了解相变材料很长一段时间,但他们之前尚未研究过它们独特的防冰和防结霜特性。几十年前,巴黎科学与文学大学异构媒体实验室物理与力学研究主任丹尼尔·贝森斯(Daniel Beysens)和该论文的共同作者观察到,当环己烷等材料冷却到其熔点以下时,水凝结在表面上的液滴会不规律地移动。

“我们之前已经研究过这种不稳定的运动,我们已经证明它起因于水滴凝结过程中释放到这些材料中的热量引起的环己烷熔化,”Anand说。

在他们目前的研究中,Anand和Chatterjee将一系列PSL冷却到-15摄氏度,使它们都变得坚固。在高湿度条件下,他们注意到固化的PSL直接熔化在PSL上冷凝的水滴下方和附近。

“我们期待在将表面冷却到-15℃时,不稳定的液滴运动会停止。但令我们惊讶的是,我们发现即使在非常低的温度下,液滴也会保持同样的跳跃运动,”Anand说。“事实证明,PSL非常擅长捕获这种释放的热量。

“这种质量,再加上浓缩水滴在这些冷却的PSL上变得极易移动的事实意味着霜的形成明显延迟。是的,在某一点上,冰最终会形成,这是不可避免的,但是一些PSL我们测试的是水溶性的,这有助于它们的防冻特性,并且可以比甚至先进的防冰涂层更长时间地延迟结冰。“

Anand和Chatterjee看到了与PSL相同的霜冻延迟效果,即使它们被用作极薄的物体层。

“在我们的第一组实验中,我们使用的PSL涂层厚约3毫米。但我们也将它们作为非常薄的涂层进行测试,如薄膜,并且仍然看到相同的冷冻延迟效果,”Anand说。“这意味着我们可以使用PSL涂抹汽车挡风玻璃或涡轮叶片等物体,而不会影响物体的功能。”

在进一步的实验中,研究人员发现PSL具有多种光学透明胶片,可以在刮擦后自行修复并清除液体污染物。

“我们在本文中首次描述的PSL的独特性质使其成为下一代材料的理想选择,以防止表面结霜和冰,”Anand说。

由于PSL在低温下是固体,他预计它们不需要像液体防冰剂那样经常使用,因为它们具有更好的持久力。

他还表示:“但是,当然,我们需要进行额外的实验来确定它们的极限,并确定是否有办法可以进一步最大限度地发挥其冰/霜驱除能力,”。

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