Μπορεί να το έχετε δει σε μαγειρικά σκεύη κουζίνας ή παλιούς σωλήνες νερού: το σκληρό, πλούσιο σε μεταλλικά στοιχεία νερό θα αφήσει φολιδωτές εναποθέσεις με την πάροδο του χρόνου. Εμφανίζεται όχι μόνο σε σωλήνες και μαγειρικά σκεύη στο σπίτι, αλλά και σε σωλήνες και βαλβίδες που μεταφέρουν πετρέλαιο και φυσικό αέριο και σε σωλήνες που μεταφέρουν νερό ψύξης σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Είναι γνωστό ότι η ζυγαριά μπορεί να προκαλέσει αναποτελεσματικότητα, διακοπή λειτουργίας και προβλήματα συντήρησης. Στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, η κλίμακα οδηγεί μερικές φορές στο πλήρες κλείσιμο των γεωτρήσεων που λειτουργούν, τουλάχιστον προσωρινά. Επομένως, η επίλυση αυτού του προβλήματος μπορεί να αποφέρει τεράστιες ανταμοιβές. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών του MIT έχει βρει μια πιθανή λύση σε αυτό το τεράστιο αλλά ελάχιστα γνωστό πρόβλημα. Διαπίστωσαν ότι μια νέα επιφανειακή επεξεργασία - συμπεριλαμβανομένης της νανο-υφής της επιφάνειας και στη συνέχεια της εφαρμογής λιπαντικού υγρού - μπορεί να μειώσει τον ρυθμό σχηματισμού αλάτων κατά τουλάχιστον δέκα φορές. Αυτή την εβδομάδα, τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Journal of Advanced Materials Interface. Η εργασία γράφτηκε από τον μεταπτυχιακό φοιτητή Srinivas Subramanyam, τη μεταδιδακτορική υπότροφο Gisele Azimi και την Kripa Varanasi, αναπληρώτρια καθηγήτρια θαλάσσιας χρήσης στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT. «Μπορείτε να δείτε [κλίμακα] σχεδόν παντού», είπε ο Βαρανάσι. Στο σπίτι, αυτές οι εναποθέσεις είναι ως επί το πλείστον ενοχλητικές, αλλά στη βιομηχανία μπορεί να οδηγήσουν σε «μείωση παραγωγικότητας και η μέθοδος απομάκρυνσής τους μπορεί να είναι επιβλαβής για το περιβάλλον», που συνήθως περιλαμβάνει τη χρήση σκληρών χημικών ουσιών. Σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και μονάδες αφαλάτωσης, τα άλατα μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές απώλειες απόδοσης επειδή λειτουργεί ως θερμικό φράγμα και επηρεάζει την ψύξη ή τη συμπύκνωση στον εναλλάκτη θερμότητας. Το πρόβλημα προκύπτει επειδή το νερό συνήθως περιέχει πολλά διαλυμένα άλατα και μέταλλα. Η ικανότητα του νερού να διαλύει αυτές τις ουσίες εξαρτάται από τη διαλυτότητα, επομένως εάν το νερό κρυώσει ή εξατμιστεί, το διάλυμα μπορεί να γίνει υπερκορεσμένο: περιέχει περισσότερες διαλυμένες ουσίες από ό, τι μπορεί να χωρέσει, οπότε ορισμένες ουσίες αρχίζουν να καταβυθίζονται. Όταν ο ζεστός και υγρός αέρας κρυώσει ξαφνικά όταν συναντήσει μια πιο κρύα επιφάνεια, θα προκαλέσει ομίχλη στο κρύο γυαλί, που είναι η ίδια αρχή. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι μηχανικοί λύνουν αυτό το πρόβλημα υπερ-σχεδιάζοντας το σύστημα, είπε ο Varanasi: Χρησιμοποιήστε έναν σωλήνα πολύ μεγαλύτερο από ό,τι χρειάζεται, για παράδειγμα, αναμένεται ότι η ρύπανση θα προκαλέσει μερική απόφραξη ή μεγαλύτερη επιφάνεια, σε αυτήν την περίπτωση εναλλάκτη θερμότητας κάτω από. Ο Subramanyam επισημαίνει ότι αυτό το πρόβλημα δεν είναι νέο: «Τα αρχαία μαγειρικά σκεύη έχουν αυτό το είδος συσσώρευσης», είπε. «Δεν έχουμε καλή λύση ακόμα». Αν και δεν έχει ακόμη αποδειχθεί σε βιομηχανική κλίμακα, η νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε από την ομάδα του MIT μπορεί να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ταχύτητα σχηματισμού της κλίμακας και σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να την αποτρέψει πλήρως. Η μέθοδός τους ακούγεται απλή: αποτελεσματική νανουφή της επιφάνειας και γέμισμα της υφής που προκύπτει με λιπαντικό. Η υφή εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος των εξογκωμάτων και των αυλακώσεων που παράγονται. το ακριβές σχήμα δεν φαίνεται να έχει σημασία. Επομένως, μια ποικιλία τεχνικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αυτής της υφής - συμπεριλαμβανομένης της εφαρμογής μιας ανάγλυφης επίστρωσης στην επιφάνεια ή της χημικής χάραξης της στη θέση της. Οι ερευνητές περιέγραψαν επίσης μια διαδικασία για την επιλογή ενός κατάλληλου λιπαντικού που όχι μόνο αυξάνει το ενεργειακό φράγμα που σχηματίζεται από την κλίμακα, αλλά επίσης εξαπλώνεται σε στερεά με υφή, κάνοντας την επιφάνεια «λεία» και μειώνοντας τη δημιουργία πυρήνων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σχηματισμό αλάτων. Ιστοσελίδα. Οι προηγούμενες προσπάθειες για την πρόληψη ή τη μείωση του σχηματισμού αλάτων συνήθως περιλαμβάνουν την προσθήκη μιας επικάλυψης (όπως το τεφλόν) στην επιφάνεια για να αποτραπεί η πρόσδεση των ορυκτών σε αυτήν. Ο Varanasi εξήγησε ότι το πρόβλημα με αυτήν τη μέθοδο είναι ότι αυτές οι επικαλύψεις φθείρονται, όπως και οι επικαλύψεις στα αντικολλητικά τηγανάκια συχνά υποβαθμίζονται με τη χρήση. Είπε ότι ακόμη και αν υπάρχει μια μικρή τρύπα στην επίστρωση, παρέχει ένα μέρος για να αρχίσει να σχηματίζεται άλατα. Χρησιμοποιώντας τη νέα μέθοδο, μόλις σχηματιστεί η νανο-υφή στην επιφάνεια, εφαρμόζεται λάδι ή άλλο λιπαντικό υγρό στην επιφάνεια. Ο Varanasi είπε ότι μικροσκοπικές αυλακώσεις νανοκλίμακας συλλαμβάνουν αυτό το υγρό και το συγκρατούν σταθερά στη θέση του μέσω τριχοειδούς δράσης. Σε αντίθεση με τις στερεές αντικολλητικές επιστρώσεις, το υγρό μπορεί να ρέει για να γεμίσει τυχόν κενά, να απλωθεί στην υφή της επιφάνειας και, αν κάποιο μέρος ξεπλυθεί, μπορεί να ανανεώνεται συνεχώς. «Ακόμη και αν υπάρχει μηχανική βλάβη, το λιπαντικό μπορεί να επιστρέψει σε αυτήν την επιφάνεια», είπε ο Subramanyam. «Μπορεί να διατηρήσει την ομαλότητά του για μεγάλο χρονικό διάστημα». Επειδή αυτό το λιπαντικό στρώμα είναι πολύ λεπτό - πάχος μόνο μερικές εκατοντάδες νανόμετρα - απαιτεί μόνο μια μικρή ποσότητα λιπαντικού για την προστασία μιας επιφάνειας για δεκαετίες. Ο Varanasi είπε ότι μια δεξαμενή που έχει κατασκευαστεί σε ένα τμήμα του αγωγού μπορεί να παρέχει λίπανση καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Στην περίπτωση των πετρελαιαγωγών, «υπάρχει ήδη λιπαντικό», το λάδι που δεσμεύεται από την υφή της επιφάνειας μπορεί να προστατεύσει την επιφάνεια του αγωγού. Ο Jurgen Rühe, επικεφαλής του Εργαστηρίου Χημείας και Φυσικής Διεπαφής στο Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ, δεν συμμετείχε στη μελέτη, λέγοντας ότι αντιπροσωπεύει «πολύ σημαντικές ανακαλύψεις και σημαντικές επιστημονικές προόδους». Ο ίδιος χαρακτήρισε τη μέθοδο της ομάδας για τη μείωση του σχηματισμού κλίμακας «νέα και δημιουργική» και είπε ότι «μπορεί να έχει δυνητικό αντίκτυπο σε όλες τις περιοχές όπου το νερό θερμαίνεται και παράγεται ατμός». Οι ερευνητές είπαν ότι μετά από περαιτέρω εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό του καλύτερου για μια συγκεκριμένη εφαρμογή Μετά τις μεθόδους λιπαντικού και υφής, το σύστημα μπορεί να είναι έτοιμο για εμπορική εφαρμογή σε μόλις τρία χρόνια. Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το MIT Energy Initiative.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-08-2021
