p Os condensadores são uma parte crucial dos sistemas de geração de energia atuais:cerca de 80 por cento de todas as usinas de energia do mundo os usam para transformar o vapor em água depois de sair das turbinas que giram os geradores. Eles também são um elemento-chave nas usinas de dessalinização, um contribuinte de rápido crescimento para o abastecimento mundial de água doce. p Agora, uma nova arquitetura de superfície projetada por pesquisadores do MIT promete aumentar significativamente o desempenho de tais condensadores. A pesquisa é descrita em artigo publicado online na revista. ACS Nano pelo pós-doutorado do MIT Sushant Anand; Kripa Varanasi, o Professor Associado Doherty de Utilização do Oceano; e o estudante de graduação Adam Paxson, pós-doutorado Rajeev Dhiman e afiliado de pesquisa Dave Smith, todos do grupo de pesquisa de Varanasi no MIT.

p A chave para a superfície hidrofóbica aprimorada (derramamento de água) é uma combinação de padrões microscópicos - uma superfície coberta com pequenas saliências ou postes de apenas 10 micrômetros (milionésimos de metro) de diâmetro, mais ou menos do tamanho de um glóbulo vermelho - e uma camada de lubrificante, como óleo. Os pequenos espaços entre os postes mantêm o óleo no lugar por meio de ação capilar, os pesquisadores descobriram.

p A equipe descobriu que gotículas de água condensando nesta superfície se moveram 10, 000 vezes mais rápido do que em superfícies com apenas o padrão hidrofóbico. A velocidade desse movimento da gota é a chave para permitir que as gotas caiam da superfície para que novas possam se formar, aumentando a eficiência da transferência de calor em um condensador de usina, ou a taxa de produção de água em uma usina de dessalinização.

p Com este novo tratamento, "as gotas podem deslizar na superfície, "Varanasi diz, flutuando como discos em uma mesa de air hockey e parecendo OVNIs pairando - um comportamento que Varanasi diz que nunca viu em mais de uma década de trabalho em superfícies hidrofóbicas. "Essas são velocidades loucas."

p A quantidade de lubrificante necessária é mínima:forma uma camada fina, e é fixado com segurança pelos postes. Qualquer lubrificante perdido é facilmente substituído em um pequeno reservatório na borda da superfície. O lubrificante pode ser projetado para ter uma pressão de vapor tão baixa que, Varanasi diz, "Você pode até colocá-lo no vácuo, e não vai evaporar. "

p Outra vantagem do novo sistema é que ele não depende de nenhuma configuração particular das pequenas texturas na superfície, contanto que tenham as dimensões corretas. "Pode ser fabricado facilmente, "Diz Varanasi. Depois que a superfície é texturizada, o material pode ser imerso mecanicamente no lubrificante e retirado; a maior parte do lubrificante simplesmente é drenado, e "apenas o líquido nas cavidades é retido por forças capilares, "Anand diz. Como o revestimento é muito fino, ele diz, leva apenas cerca de um quarto a meia colher de chá de lubrificante para revestir um metro quadrado do material. O lubrificante também pode proteger a superfície metálica subjacente da corrosão.

p Varanasi planeja novas pesquisas para quantificar exatamente quanto de melhoria é possível usar a nova técnica em centrais de energia. Como as turbinas a vapor são onipresentes nas usinas de combustível fóssil do mundo, ele diz, "mesmo que economize 1 por cento, isso é enorme "em seu impacto potencial nas emissões globais de gases de efeito estufa.

p A nova abordagem funciona com uma ampla variedade de texturas de superfície e lubrificantes, os pesquisadores dizem; eles planejam focar em pesquisas contínuas para encontrar combinações ideais de custo e durabilidade. "Há muita ciência em como você projeta esses líquidos e texturas, "Varanasi diz.

p Daniel Beysens, diretor de pesquisa do Laboratório de Física e Mecânica de Mídia Heterogênea da ESPCI em Paris, diz o conceito por trás do uso de um líquido lubrificante preso por uma superfície nanopadronizada, é "simples e bonito. As gotas se nuclearão e então deslizarão para baixo com bastante facilidade. E funciona!"

p Essa pesquisa futura será auxiliada por uma nova técnica que Varanasi desenvolveu em colaboração com pesquisadores, incluindo Konrad Rykaczewski, um cientista pesquisador do MIT atualmente baseado no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em Gaithersberg, Md., junto com John Henry Scott e Marlon Walker do NIST e Trevan Landin da FEI Company. Essa técnica é descrita em um artigo separado, também publicado recentemente em ACS Nano .

p Pela primeira vez, esta nova técnica obtém direto, imagens detalhadas da interface entre uma superfície e um líquido, como gotículas que se condensam nele. Normalmente, essa interface - a chave para a compreensão dos processos de umedecimento e derramamento de água - está oculta pela visão pelas próprias gotículas, Varanasi explica, portanto, a maioria das análises baseou-se em modelagem de computador. No novo processo, gotículas são rapidamente congeladas no lugar na superfície, fatiado em seção transversal com um feixe de íons, e, em seguida, fotografado usando um microscópio eletrônico de varredura.

p "O método se baseia na preservação da geometria das amostras por meio do congelamento rápido em lama de nitrogênio líquido a menos 210 graus Celsius [menos 346 graus Fahrenheit], "Rykaczewski diz." A taxa de congelamento é tão rápida (cerca de 20, 000 graus Celsius por segundo) que a água e outros líquidos não cristalizam, e sua geometria é preservada. "

p A técnica pode ser usada para estudar muitas interações diferentes entre líquidos ou gases e superfícies sólidas, Varanasi diz. "É uma técnica completamente nova. Pela primeira vez, somos capazes de ver esses detalhes dessas superfícies. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.