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%, un valor récord en comparación con los estudios informados.

La investigación, publicada en el 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 proporciona 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 más alto que el anterior. reportado.

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/descongelamiento se basan principalmente en enfoques mecánicos, térmicos y químicos, pero todos ellos consumen mucha energía, requieren mucha mano de obra o son perjudiciales para el medio ambiente. Además, algunos de estos enfoques activos requerían contacto directo con el superficie del material, lo que plantea riesgos para los recubrimientos 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. Ahora soy postdoctorado en la Universidad Politécnica de Hong Kong.

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 conjuntos 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%. Debido a la alta conductividad de los materiales de cobre, los conjuntos de nanocables, especialmente los diseños con nanocables verticales y un ancho promedio de microranura de 2-3 μm. , permiten rendimientos superiores de deshielo y descongelación", afirmó Qixun Li (estudiante de doctorado, ahora en la Universidad Tecnológica de Dalian), primer coautor del artículo.

Este diseño innovador puede dar lugar a duraciones generales de descongelación 2 o 3 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 %) 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 micro/nanomateriales más generales para mejorar la eficiencia de fabricación, la escala del material y la durabilidad de la superficie. 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.

Más información: Siyan Yang et al, Conjuntos de nanocables de cobre superhidrófobos fototérmicos:fabricación y aplicaciones de deshielo/descongelación, Revista Internacional de Fabricación Extrema (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acef78

Proporcionado por la Revista Internacional de Fabricación Extrema