높은 제상 효율을 위한 구리 나노와이어 어셈블리의 표면 설계

Dalian University of Technology의 과학자들은 기존의 에너지 투입 없이 제빙 및 제상 효율을 충분히 향상시킬 수 있는 구리 나노와이어 어셈블리 설계를 제안합니다. 특히, 해동 효능은 보고된 연구에 비해 기록적인 높은 수치인 100%에 근접합니다.

발표된 연구 International Journal of Extreme Manufacturing에서는 제어된 패턴, 계층 구조 및 크기로 나노와이어 어셈블리를 제조하는 간단한 전기화학적 방법을 보여줍니다. 이를 통해 기존 표면에서는 불가능했던 광열, 열 전도성 및 초소수성 특성을 동시에 표현할 수 있습니다. 광열 특성은 효율적인 햇빛 흡수를 보장하고, 열 전도성은 햇빛 흡수 후 빠른 측면 열 전도를 부여하는 반면, 초소수성 특성은 표면에서 녹을 때 얼음/서리가 미끄러지거나 굴러가는 것을 촉진하며, 이전에 보고된 것보다 더 높은 제상을 제공합니다.

얼음과 서리 축적은 나노 규모 세포의 극저온 동결부터 대규모 항공기 비행에 이르기까지 다양한 분야에서 지속적으로 중요한 문제를 제기합니다. “기존의 제빙/해동 솔루션은 주로 기계적, 열적, 화학적 접근 방식에 의존하지만 모두 에너지 집약적이고 노동 집약적이며 환경 친화적이지 않습니다. 또한 이러한 적극적인 접근 방식 중 일부는 재료 표면과의 직접적인 접촉이 필요하여 섬세한 코팅에 위험을 초래했습니다. 표면 기능을 손상시키지 않으면서 에너지 절약 및 환경 친화적인 제빙/해동을 달성하기 위해 대부분의 노력은 표면 수정을 통한 수동적 접근 방식으로 전환되었습니다.”라고 현재 홍콩의 박사후 연구원인 논문의 첫 번째 저자인 Siyan Yang이 말했습니다. 폴리텍대학교.

최근 관심은 지구에 풍부한 녹색 에너지원인 햇빛에 의해 가열될 수 있는 초소수성을 지닌 광열 표면에 집중되었습니다. 그러나 대부분의 표면은 낮은 열 전도성으로 인해 국부적으로 가열되고 고르지 않게 가열되는 문제가 있습니다. 따라서 이러한 표면 특성을 열전도성 재료, 특히 금속과 함께 추가로 조립하면 제빙 및 성에 제거에 대한 큰 잠재력이 있지만 아직까지 미개척 분야로 남아 있습니다.

“위의 문제를 해결하기 위해 우리는 제어 가능한 구리 나노와이어 어셈블리를 생산하기 위한 손쉬운 제조 접근 방식을 개발했습니다. 우리는 어셈블리의 형태, 높이 및 규모가 전기화학적 매개변수를 조정하여 잘 조정될 수 있음을 발견했습니다. 습윤성 및 광열 테스트를 통해 우리는 대부분의 나노와이어 어셈블리가 95% 이상의 햇빛 흡수율로 초소수성으로 처리될 수 있음을 발견했습니다. 구리 재료의 높은 전도성으로 인해 나노와이어 어셈블리, 특히 직립형 나노와이어와 2~3μm의 평균 마이크로그루브 폭을 갖춘 설계는 우수한 제빙 및 제상 성능을 가능하게 합니다.”라고 Qixun Li(현재 대련대학교 박사과정 학생)는 말했습니다. of Technology), 논문의 첫 번째 공동 저자입니다.

이 혁신적인 디자인은 단지 초소수성, 광열 효과 또는 이들의 조합을 통해 다른 3개의 나노 구조 표면보다 전체 성에 제거 기간을 2~3배 단축할 수 있습니다. 인상적인 것은 이 디자인이 이전 작품에 비해 가장 높은 제상 효율(~100%)을 달성했다는 것입니다.

"원칙적으로 쉬운 제조, 높은 제어 가능성 및 형태의 다양성을 주입한 나노와이어 어셈블리의 설계는 전통적인 에너지 입력이 필요 없는 광범위한 제빙 및 제상 응용 분야에서 유망합니다. 그러나 내구성, 확장성 및 화학적 특성은 나노와이어 집합체의 안정성은 복잡한 작업 조건을 포함하는 실제 응용 분야에서 제한적이므로 제조 효율성, 재료 규모 및 표면 내구성을 향상시키기 위해 보다 일반적인 마이크로/나노 재료 처리 방법을 개발할 필요가 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 연구의 설계 개념은 다음과 같습니다. 특히 전력 부족에 직면한 추운 지역에서 미래 연구 활동을 위한 나침반 역할을 합니다."라고 다롄 공과대학의 화학 공학 교수이자 해당 연구의 교신 저자인 Xuehu Ma는 말했습니다.