پژوهشگران آمریکایی از ساخت یک پوشش چندلایه عایق و فوقآبگریز با عنوان MISH خبر دادهاند که قادر است آب نزدیک به نقطه جوش، شیر داغ، قهوه و سوپ نخود را دفع کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این دستاورد که در دانشگاه رایس رقم خورده است، میتواند عملکرد سطوح «همواره خشک» را حتی در دماهای بالا حفظ کند.
تیم تحقیقاتی با تغییر رویکرد متداول و تمرکز بر مهندسی انتقال حرارت (بهجای اتکای صرف به شیمی سطح و ریزبافتها) راهکاری عملی برای غلبه بر ضعف حرارتی سطوح فوقآبگریز ارائه کرد. سطوح فوقآبگریز با الگوبرداری از برگ نیلوفر آبی، قطرات آب را با کمترین شیب به حرکت درمیآورند. با وجود این، در مواجهه با آب داغ دچار افت عملکرد میشوند. در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد، بسیاری از این پوششها ناگهان خاصیت آبگریزی خود را از دست میدهند؛ قطرات بهجای لغزش به سطح میچسبند، در ساختار میکروسکوپی آن نفوذ میکنند و لکههای مرطوب بر جای میگذارند.
حتما بخوانید: تولید سرامیکهای هوشمند که تحت فشار خم میشوند
محققان برای حل این چالش، پوششی دولایه طراحی کردند که حتی در دمای حدود ۹۰ درجه سانتیگراد نیز خاصیت دفع آب را حفظ میکند. پوشش MISH از یک لایه زیرین عایق (فوم پلییورتان قابل اسپری) و یک لایه رویی فوقآبگریز با ریزبافت میکروسکوپی تشکیل شده است. لایه عایق با کند کردن انتقال حرارت از قطره به بستر، چرخه سریع تبخیر–میعان را مهار میکند؛ چرخهای که در شرایط معمول با از بین بردن حفرههای هوای محبوس در بافت سطح، خاصیت آبگریزی را تخریب میکند.
دنیل جی. پرستون، استادیار مهندسی مکانیک و نویسنده مسئول این پژوهش توضیح داد که کاهش میعان در بافت سطح به معنای شکلگیری پلهای مایع کمتر و در نتیجه حفظ کامل خاصیت دافع آب است. به این ترتیب، حتی قطرات نزدیک به نقطه جوش نیز بدون چسبندگی از سطح جدا میشوند. به گفته او، راهکارهای پیشین برای حل این مشکل بسیار پیچیده و تا چهار هزار برابر پرهزینهتر بودند. علاوه بر این، کارآمدی این فناوری نهتنها در محیط آزمایشگاهی، بلکه در شرایط واقعی و روی سطوح بزرگ و خمیده (از لولهها و ظروف گرفته تا تجهیزات صنعتی) نیز به اثبات رسیده است.
بیشتر بخوانید: بهبود ۷۲ درصدی خنککنندگی با افزودن پودر سرامیکی به خمیر حرارتی فلز مایع
آزمون پوشش MISH در شرایط واقعی
محققان برای ارزیابی دوام این فناوری، نمونههای پوشش را به مدت یک هفته تحت بمباران پیوسته قطرات داغ قرار دادند؛ فرایندی که نزدیک به دو میلیون برخورد را در بر میگرفت. پوششهای متداول تقریبا در همان مراحل اولیه کارایی خود را از دست دادند. در نقطه مقابل، پوشش MISH بیش از ۸۰ ساعت، معادل حدود یک میلیون ضربه قطرات، خاصیت دافع آب خود را حفظ کرد و تنها پس از آن روند تخریب تدریجی آغاز شد. به گفته پژوهشگران، ضعف اصلی در مفهوم مهندسیشده نبود، بلکه در لایه رویی تجاری موجود بود. راهبرد عایقکاری حرارتی پایدار ماند؛ نشانهای روشن از آنکه با توسعه لایههای بیرونی بادوامتر، میتوان طول عمر این سامانه را به مراتب افزایش داد.
برای مطالعه بیشتر: دانشمندان با حذف اکسیژن، هفت سرامیک فلزی جدید ساختند
برای نمایش قابلیت مقیاسپذیری فراتر از محیط آزمایشگاهی، پوشش روی صفحات فلزی بزرگ، لولههای خمیده و مایعات متداولی مانند: شیر داغ، قهوه و سوپ نخود اعمال شد. نتایج نشان داد که این مایعات روی پوشش MISH کمتر از یک درصد پسماند برجای گذاشتند، در حالی که همین رقم در پوششهای استاندارد از ۳۱ درصد فراتر رفت. پژوهشگران تاکید کردهاند که این فناوری هنوز ظرفیت ارتقا دارد. تمرکز کنونی بر توسعه لایههای رویی مقاومتر و پایدارتر از نظر حرارتی، همچنین معماریهای پوششی پیشرفتهتر، فراتر از روشهای متداول اسپری قرار گرفته است. دنیل جی. پرستون در جمعبندی این دستاورد تصریح کرد که جلوگیری از چسبندگی مایعات داغ، زنجیرهای از چالشهای عملیاتی را حذف میکند و امکان طراحی سطوحی را فراهم میسازد که حتی در شرایط سخت نیز مطابق انتظار رفتار کنند.
نتایج این تحقیق در مجله تخصصی ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است.
