Galbūt matėte jį virtuvės induose ar senuose vandens vamzdžiuose: kietas, turtingas mineralų vanduo laikui bėgant paliks žvynuotas nuosėdas. Jis pasitaiko ne tik vamzdžiuose ir virtuvės induose namuose, bet ir vamzdžiuose bei vožtuvuose, kuriais transportuojama nafta ir gamtinės dujos, bei vamzdžiuose, kuriais transportuojamas aušinimo vanduo elektrinėse. Gerai žinoma, kad mastai gali sukelti neefektyvumo, prastovų ir priežiūros problemų. Naftos ir dujų pramonėje dėl masto kartais bent laikinai visiškai uždaromi veikiantys gręžiniai. Todėl šios problemos sprendimas gali atnešti daug naudos. Dabar MIT tyrėjų komanda sugalvojo galimą šios didžiulės, bet mažai žinomos problemos sprendimą. Jie nustatė, kad naujas paviršiaus apdorojimas, įskaitant paviršiaus nano tekstūravimą ir tepimo skysčio naudojimą, gali sumažinti nuosėdų susidarymo greitį mažiausiai dešimt kartų. Šią savaitę tyrimo rezultatai buvo paskelbti žurnale „Journal of Advanced Materials Interface“. Straipsnį parašė magistrantas Srinivas Subramanyam, doktorantas Gisele Azimi ir Kripa Varanasi, MIT Mechanikos inžinerijos katedros jūrų naudojimo docentas. „Galite pamatyti [mastą] beveik visur“, - sakė Varanasi. Namuose šios nuosėdos dažniausiai erzina, tačiau pramonėje jos gali „sumažinti našumą, o jų pašalinimo būdas gali būti žalingas aplinkai“, dažniausiai naudojant stiprias chemines medžiagas. Elektrinėse ir gėlinimo įrenginiuose nuosėdos gali sukelti didelių efektyvumo nuostolių, nes veikia kaip šiluminis barjeras ir veikia aušinimą arba kondensaciją šilumokaityje. Problema kyla dėl to, kad vandenyje dažniausiai yra daug ištirpusių druskų ir mineralų. Vandens gebėjimas ištirpinti šias medžiagas priklauso nuo tirpumo, todėl vandeniui atvėsus ar išgaravus tirpalas gali persotinti: jame yra daugiau ištirpusių medžiagų, nei telpa, todėl kai kurios medžiagos pradeda iškristi. Kai šiltas ir drėgnas oras staiga atvės, kai susiduria su šaltesniu paviršiumi, tai sukels šalto stiklo rasojimą, o tai yra tas pats principas. Daugeliu atvejų inžinieriai šią problemą išsprendžia per daug kurdami sistemą, sakė Varanasi: naudokite daug didesnį vamzdį nei reikia, pavyzdžiui, tikimasi, kad užteršimas sukels dalinį užsikimšimą arba didesnį paviršiaus plotą, šiuo atveju šilumokaitį. pagal. Subramanjamas pažymi, kad ši problema nėra nauja: „Senoviniai virtuvės reikmenys turi tokio kaupimosi“, - sakė jis. „Dar neturime gero sprendimo“. Nors tai dar turi būti įrodyta pramoniniu mastu, naujasis MIT komandos sukurtas metodas gali turėti didelės įtakos masto formavimosi greičiui ir daugeliu atvejų gali tam visiškai užkirsti kelią. Jų metodas skamba paprastai: efektyviai nanotekstūruoti paviršių ir užpildyti gautą tekstūrą lubrikantu. Tekstūra daugiausia priklauso nuo pagamintų iškilimų ir griovelių dydžio; neatrodo, kad tiksli forma būtų svarbi. Todėl, norint sukurti šią tekstūrą, galima naudoti įvairius metodus, įskaitant tekstūruotos dangos užtepimą ant paviršiaus arba cheminį ėsdinimą vietoje. Tyrėjai taip pat aprašė tinkamo tepalo parinkimo procesą, kuris ne tik padidina energijos barjerą, susidarantį dėl apnašų, bet ir pasklinda į tekstūruotas kietas medžiagas, todėl paviršius tampa „lygus“ ir sumažina branduolių susidarymą, kuris gali būti naudojamas apnašų formavimui. Svetainė. Ankstesni bandymai užkirsti kelią arba sumažinti nuosėdų susidarymą paprastai apima dangos (pvz., Teflono) pridėjimą prie paviršiaus, kad mineralai nesusijungtų su juo. Varanasi paaiškino, kad šio metodo problema yra ta, kad šios dangos susidėvi, kaip ir nelipnių keptuvių dangos dažnai suyra naudojant. Jis teigė, kad net jei dangoje yra nedidelė skylutė, ji suteikia vietą apnašoms pradėti formuotis. Naudojant naują metodą, kai ant paviršiaus susidaro nano tekstūra, ant paviršiaus užtepama alyva ar kitoks tepimo skystis. Varanasi teigė, kad maži nano masto grioveliai sulaiko šį skystį ir tvirtai laiko jį vietoje, veikdami kapiliarais. Skirtingai nei kietos nelipnios dangos, skystis gali tekėti užpildyti bet kokius tarpus, pasiskirstyti ant paviršiaus tekstūros, o jei dalis nuplaunama, galima nuolat papildyti. "Net jei yra mechaninių pažeidimų, tepalas gali grįžti į tą paviršių", - sakė Subramanjamas. "Jis ilgą laiką gali išlaikyti glotnumą." Kadangi šis tepimo sluoksnis yra labai plonas – tik kelių šimtų nanometrų storio – norint apsaugoti paviršių dešimtmečius, reikia tik nedidelio tepalo kiekio. Varanasis teigė, kad dujotiekio dalyje pastatytas rezervuaras gali užtikrinti sutepimą visą įrangos eksploatavimo laiką. Naftotiekių atveju „tepalas jau yra“, o paviršiaus tekstūros sugauta alyva gali apsaugoti dujotiekio paviršių. Freiburgo universiteto Sąsajų chemijos ir fizikos laboratorijos vadovas Jurgenas Rühe'as tyrime nedalyvavo, sakydamas, kad tai yra „labai svarbūs atradimai ir svarbi mokslo pažanga“. Jis pavadino komandos metodą masto susidarymo mažinimui „nauju ir kūrybišku“ ir sakė, kad „tai gali turėti įtakos visoms sritims, kuriose šildomas vanduo ir susidaro garai“. Tyrėjai teigė, kad atlikus tolesnius laboratorinius tyrimus, siekiant nustatyti geriausią konkrečiam pritaikymui. Po tepalo ir tekstūravimo metodų sistema gali būti paruošta komerciniam naudojimui tik po trejų metų. Šį darbą parėmė MIT Energy Initiative.
Paskelbimo laikas: 2021-08-08
