Conception de surface d'assemblages de nanofils de cuivre pour une efficacité de dégivrage élevée

Des scientifiques de l'Université de technologie de Dalian proposent une conception d'assemblages de nanofils de cuivre capables d'améliorer suffisamment l'efficacité du dégivrage et du dégivrage sans apport d'énergie conventionnel. Plus précisément, l’efficacité du dégivrage approche les 100 pour cent, une valeur record par rapport aux études rapportées.

La recherche, publiée dans International Journal of Extreme Manufacturing, présente une méthode électrochimique simple pour fabriquer des assemblages de nanofils avec un motif, une hiérarchie et une taille contrôlés. Cela permet de présenter simultanément des propriétés photothermiques, conductrices de chaleur et superhydrophobes, qui seraient autrement impossibles pour les surfaces conventionnelles. La propriété photothermique assure une absorption efficace de la lumière solaire, la propriété conductrice thermique permet une conduction thermique latérale rapide après l'absorption de la lumière solaire, tandis que la propriété superhydrophobe propulse le glissement ou le roulement de la glace/du givre lors de la fonte de la surface, avec un dégivrage plus élevé que celui rapporté précédemment.

L’accumulation de glace et de givre pose continuellement des défis importants dans divers domaines, allant de la congélation cryogénique de cellules à l’échelle nanométrique au vol d’avions à l’échelle macro. « Les solutions traditionnelles de dégivrage/dégivrage reposent principalement sur des approches mécaniques, thermiques et chimiques, mais toutes sont soit gourmandes en énergie, demandent beaucoup de main d'œuvre ou soient peu respectueuses de l'environnement. De plus, certaines de ces approches actives nécessitaient un contact direct avec la surface du matériau, ce qui présentait des risques pour les revêtements délicats. Pour parvenir à un dégivrage/dégivrage économe en énergie et respectueux de l'environnement sans compromettre la fonctionnalité de la surface, la plupart des efforts se sont orientés vers des approches passives via des modifications de surface », a déclaré Siyan Yang, premier auteur de l'article, qui est maintenant postdoctorant à l'Université de Hong Kong. Université Polytechnique.

L’intérêt récent s’est concentré sur les surfaces photothermiques superhydrophobes capables d’être chauffées par la lumière du soleil, une source d’énergie verte abondante sur terre. Cependant, la plupart des surfaces souffrent d’un échauffement localisé et inégal en raison d’une conductivité thermique inférieure. Ainsi, l’assemblage ultérieur de ces propriétés de surface avec des matériaux thermiquement conducteurs, en particulier des métaux, offre un grand potentiel de dégivrage et de dégivrage, qui reste encore largement inexploré.

« Pour résoudre les problèmes ci-dessus, nous développons une approche de fabrication simple pour produire des assemblages de nanofils de cuivre contrôlables. Nous avons constaté que la morphologie, la hauteur et l’échelle des assemblages peuvent être bien ajustées en ajustant les paramètres électrochimiques. Grâce à des tests de mouillabilité et photothermiques, nous avons constaté que la plupart des assemblages de nanofils peuvent être traités de manière superhydrophobe, avec un taux d'absorption de la lumière solaire supérieur à 95 %. En raison de la conductivité élevée des matériaux en cuivre, les assemblages de nanofils, en particulier la conception avec des nanofils verticaux et une largeur moyenne de microrainure de 2 à 3 μm, permettent des performances de dégivrage et de dégivrage supérieures », a déclaré Qixun Li (doctorant, maintenant à l'Université de Dalian of Technology), le premier co-auteur de l’article.

Cette conception innovante peut conduire à des durées globales de dégivrage deux à trois fois plus courtes que les trois autres surfaces nanostructurées simplement avec une superhydrophobie, un effet photothermique ou une combinaison des deux. De manière impressionnante, cette conception atteint l’efficacité de dégivrage la plus élevée (~ 100 %) par rapport aux travaux précédents.

"En principe, en alliant facilité de fabrication, haute contrôlabilité et diversité de morphologie, la conception d'assemblages de nanofils est prometteuse dans de vastes applications de dégivrage et de dégivrage qui éliminent le besoin d'un apport d'énergie traditionnel. Cependant, la durabilité, l'évolutivité et les propriétés chimiques La stabilité des assemblages de nanofils est limitée dans les applications pratiques impliquant des conditions de travail complexes. Il est nécessaire de développer des méthodes plus générales de traitement des micro/nano matériaux pour améliorer l'efficacité de la fabrication, l'échelle des matériaux et la durabilité de la surface. Malgré cela, le concept de conception de ce travail sert comme boussole pour les futurs projets de recherche, en particulier dans les zones froides confrontées à une pénurie d'électricité", a noté Xuehu Ma, professeur de génie chimique à l'Université de technologie de Dalian et auteur correspondant de l'étude.