Diseño de superficie de conjuntos de nanocables de cobre para una alta eficiencia de descongelación

Los científicos de la Universidad Tecnológica de Dalian proponen un diseño de conjuntos de nanocables de cobre que pueden mejorar suficientemente la eficiencia de deshielo y descongelación sin el aporte de energía convencional. Específicamente, la eficacia de descongelación se acerca al 100 por ciento, un valor récord en comparación con los estudios informados.

La investigación, publicada en International Journal of Extreme Manufacturing, muestra un método electroquímico simple para fabricar conjuntos de nanocables con patrón, jerarquía y tamaño controlados. Esto permite la presentación simultánea de propiedades fototérmicas, conductoras térmicas y superhidrófobas, que de otro modo serían imposibles para las superficies convencionales. La propiedad fototérmica garantiza la absorción eficiente de la luz solar, la propiedad de conducción térmica confiere una rápida conducción lateral del calor después de la absorción de la luz solar, mientras que la propiedad superhidrófoba impulsa el deslizamiento o el desplazamiento del hielo/escarcha al derretirse de la superficie, con un descongelamiento mayor que el informado anteriormente.

La acumulación de hielo y escarcha plantea continuamente desafíos importantes en diversos campos, que van desde la congelación criogénica de células a nanoescala hasta el vuelo de aviones a macroescala. “Las soluciones tradicionales de deshielo/descongelación se basan principalmente en enfoques mecánicos, térmicos y químicos, pero todos ellos consumen mucha energía, mucha mano de obra o son perjudiciales para el medio ambiente. Además, algunos de estos enfoques activos requerían contacto directo con la superficie del material, lo que plantea riesgos para los revestimientos delicados. Para lograr un deshielo/descongelamiento que ahorre energía y sea ecológico sin comprometer la funcionalidad de la superficie, la mayoría de los esfuerzos se han desplazado hacia enfoques pasivos a través de modificaciones de la superficie”, dijo Siyan Yang, el primer autor del artículo, que ahora es postdoctorado en Hong Kong. Universidad Politécnica.

El interés reciente se ha centrado en las superficies fototérmicas con superhidrofobicidad capaces de calentarse con la luz solar, una fuente de energía verde abundante en la Tierra. Sin embargo, la mayoría de las superficies sufren un calentamiento localizado y desigual debido a la baja conductividad térmica. Por lo tanto, combinar aún más estas propiedades de la superficie con materiales térmicamente conductores, especialmente metales, tiene un gran potencial para el deshielo y la descongelación, que, aún, permanece en gran medida inexplorado.

“Para abordar los problemas anteriores, desarrollamos un enfoque de fabricación sencillo para producir conjuntos de nanocables de cobre controlables. Descubrimos que la morfología, la altura y la escala de los ensamblajes se pueden ajustar bien ajustando los parámetros electroquímicos. A través de pruebas fototérmicas y de humectabilidad, descubrimos que la mayoría de los conjuntos de nanocables pueden tratarse como superhidrófobos, con una tasa de absorción de luz solar superior al 95 por ciento. Debido a la alta conductividad de los materiales de cobre, los conjuntos de nanocables, especialmente el diseño con nanocables verticales y un ancho promedio de microranura de 2 a 3 μm, permiten rendimientos superiores de deshielo y descongelación”, dijo Qixun Li (estudiante de doctorado, ahora en la Universidad de Dalian). of Technology), el primer coautor del artículo.

Este diseño innovador puede dar lugar a duraciones generales de descongelación dos o tres veces más cortas que otras tres superficies nanoestructuradas simplemente con superhidrofobicidad, efecto fototérmico o una combinación de los mismos. Sorprendentemente, este diseño logra la mayor eficiencia de descongelación (~100 por ciento) en comparación con trabajos anteriores.

"En principio, al incorporar facilidad de fabricación, alta controlabilidad y diversidad en la morfología, el diseño de conjuntos de nanocables es prometedor en amplias aplicaciones de deshielo y descongelación que eliminan la necesidad del aporte de energía tradicional. Sin embargo, la durabilidad, escalabilidad y productos químicos La estabilidad de los conjuntos de nanocables es limitada en aplicaciones prácticas que involucran condiciones de trabajo complejas. Es necesario desarrollar métodos de procesamiento de materiales micro/nano más generales para mejorar la eficiencia de fabricación, la escala del material y la durabilidad de la superficie. A pesar de esto, el concepto de diseño de este trabajo sirve como brújula para futuras investigaciones, especialmente en zonas frías que enfrentan escasez de energía", señaló Xuehu Ma, profesor de ingeniería química en la Universidad Tecnológica de Dalian y autor correspondiente del estudio.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web del International Journal of Extreme Manufacturing.