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%, 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 anterior relatado.

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 dependem principalmente de abordagens mecânicas, térmicas e químicas, mas todas elas consomem muita energia, exigem muita mão-de-obra ou não são ambientalmente amigáveis. Além disso, algumas dessas abordagens ativas exigiam contato direto com o superfície do material, representando riscos para revestimentos delicados Para obter economia de energia e descongelamento/descongelamento ecológico sem comprometer a funcionalidade da superfície, a maioria dos esforços mudou para abordagens passivas através de modificações de superfície", disse Siyan Yang, o primeiro autor do artigo, que é. agora é pós-doutorado na Universidade Politécnica de Hong Kong.

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 de nanofios de cobre controláveis. 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 microsulcos de 2-3 μm , permitem desempenhos superiores de descongelamento e descongelamento", disse Qixun Li (estudante de doutorado, agora na Universidade de Tecnologia de Dalian), o primeiro coautor do artigo.

Este design inovador pode levar a tempos de descongelamento 2 a 3 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%) 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. 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.

Mais informações: Siyan Yang et al, Conjuntos de nanofios de cobre superhidrofóbicos fototérmicos:fabricação e aplicações de degelo/descongelamento, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acef78
Fornecido por International Journal of Extreme Manufacturing