Iespējams, esat to redzējis virtuves traukos vai vecos ūdensvados: ciets, minerālvielām bagāts ūdens ar laiku atstās zvīņainas nogulsnes. Tas notiek ne tikai caurulēs un virtuves traukos mājās, bet arī caurulēs un vārstos, kas transportē naftu un dabasgāzi, un caurulēs, kas transportē dzesēšanas ūdeni spēkstacijās. Ir labi zināms, ka mērogs var izraisīt neefektivitāti, dīkstāves un apkopes problēmas. Naftas un gāzes rūpniecībā mērogs dažkārt noved pie pilnīgas ekspluatācijas urbumu slēgšanas, vismaz uz laiku. Tāpēc šīs problēmas risināšana var sniegt milzīgus ieguvumus. Tagad MIT pētnieku komanda ir nākusi klajā ar potenciālu risinājumu šai milzīgajai, bet maz zināmajai problēmai. Viņi atklāja, ka jauna virsmas apstrāde, tostarp virsmas nanoteksturēšana un pēc tam eļļošanas šķidruma uzklāšana, var samazināt katlakmens veidošanās ātrumu vismaz desmit reizes. Šonedēļ pētījuma rezultāti tika publicēti Journal of Advanced Materials Interface. Darbu uzrakstīja maģistrants Srinivas Subramanyam, pēcdoktorantūras loceklis Gisele Azimi un Kripa Varanasi, MIT Mašīnbūves katedras jūras izmantošanas asociētais profesors. "Jūs varat redzēt [mērogu] gandrīz visur," sacīja Varanasi. Mājās šie nosēdumi lielākoties ir apgrūtinājumi, bet rūpniecībā tie var izraisīt “ražīguma samazināšanos, un [to] noņemšanas metode var būt kaitīga videi”, parasti izmantojot spēcīgas ķīmiskas vielas. Elektrostacijās un atsāļošanas iekārtās katlakmens var izraisīt ievērojamus efektivitātes zudumus, jo tas darbojas kā termiskā barjera un ietekmē dzesēšanu vai kondensāciju siltummainī. Problēma rodas tāpēc, ka ūdens parasti satur daudz izšķīdušu sāļu un minerālvielu. Ūdens spēja izšķīdināt šīs vielas ir atkarīga no šķīdības, tādēļ, ja ūdens atdziest vai iztvaiko, šķīdums var kļūt pārsātināts: tajā ir vairāk izšķīdušo vielu, nekā tas spēj uzņemt, tāpēc dažas vielas sāk izgulsnēties. Kad siltais un mitrais gaiss pēkšņi atdziest, saskaroties ar aukstāku virsmu, tas izraisīs aukstā stikla miglošanos, kas ir tāds pats princips. Vairumā gadījumu inženieri atrisina šo problēmu, pārlieku izstrādājot sistēmu, Varanasi teica: izmantojiet daudz lielāku cauruli, nekā nepieciešams, piemēram, ir sagaidāms, ka piesārņojums izraisīs daļēju aizsprostojumu vai lielāku virsmas laukumu, šajā gadījumā siltummainis. zem. Subramanjams norāda, ka šī problēma nav jauna: "Senajos virtuves traukos ir šāda veida uzkrāšanās," viņš teica. "Mums vēl nav laba risinājuma." Lai gan tas vēl ir jāpierāda rūpnieciskā mērogā, MIT komandas izstrādātā jaunā metode var būtiski ietekmēt mēroga veidošanās ātrumu un daudzos gadījumos to pilnībā novērst. Viņu metode izklausās vienkārši: efektīva virsmas nanoteksturēšana un iegūtās tekstūras piepildīšana ar smērvielu. Struktūra galvenokārt ir atkarīga no izveidoto izciļņu un rievu izmēra; precīzai formai, šķiet, nav nozīmes. Tāpēc, lai izveidotu šo tekstūru, var izmantot dažādas metodes, tostarp teksturēta pārklājuma uzklāšanu uz virsmas vai ķīmisku kodināšanu vietā. Pētnieki arī aprakstīja piemērotas smērvielas izvēles procesu, kas ne tikai palielina katlakmens veidoto enerģijas barjeru, bet arī izplatās uz teksturētām cietām vielām, padarot virsmu “gludu” un samazinot kodolu veidošanos, ko var izmantot katlakmens veidošanai. Vietne. Iepriekšējie mēģinājumi novērst vai samazināt katlakmens veidošanos parasti ir saistīti ar pārklājuma (piemēram, teflona) pievienošanu virsmai, lai novērstu minerālvielu saistīšanos ar to. Varanasi paskaidroja, ka šīs metodes problēma ir tā, ka šie pārklājumi nolietojas, tāpat kā nelipīgo cepešpannu pārklājumi lietošanas laikā bieži sabojājas. Viņš sacīja, ka pat tad, ja pārklājumā ir neliels caurums, tas nodrošina vietu, kur sāk veidoties katlakmens. Izmantojot jauno metodi, tiklīdz uz virsmas ir izveidota nano tekstūra, uz virsmas tiek uzklāta eļļa vai cits eļļošanas šķidrums. Varanasi sacīja, ka sīkas nano mēroga rievas uztver šo šķidrumu un stingri notur to vietā, izmantojot kapilāru darbību. Atšķirībā no cietajiem nepiedegošajiem pārklājumiem šķidrums var plūst, lai aizpildītu visas spraugas, izkliedētu virsmas tekstūru, un, ja daļa tiek nomazgāta, to var nepārtraukti papildināt. "Pat ja ir mehāniski bojājumi, smērviela var atgriezties uz šīs virsmas," sacīja Subramanjams. "Tas var saglabāt gludumu ilgu laiku." Tā kā šis eļļošanas slānis ir ļoti plāns — tikai dažus simtus nanometru biezs —, lai aizsargātu virsmu gadu desmitiem, ir nepieciešams tikai neliels daudzums smērvielas. Varanasi teica, ka rezervuārs, kas iebūvēts cauruļvada posmā, var nodrošināt eļļošanu visā iekārtas darbības laikā. Naftas cauruļvadu gadījumā “smērviela jau pastāv”, eļļa, ko uztver virsmas tekstūra, var aizsargāt cauruļvada virsmu. Freiburgas Universitātes Saskarnes ķīmijas un fizikas laboratorijas vadītājs Jurgens Rūhe nebija iesaistīts pētījumā, sakot, ka tas atspoguļo "ļoti svarīgus atklājumus un svarīgus zinātnes sasniegumus". Viņš nosauca komandas metodi katlakmens veidošanās samazināšanai par "jaunu un radošu" un sacīja, ka "tai var būt potenciāla ietekme uz visām vietām, kur tiek uzkarsēts ūdens un rodas tvaiks." Pētnieki teica, ka pēc turpmākām laboratorijas pārbaudēm, lai noteiktu labāko konkrētam lietojumam. Pēc smērvielas un teksturēšanas metodēm sistēma var būt gatava komerciālai lietošanai tikai trīs gadu laikā. Šo darbu atbalstīja MIT Enerģētikas iniciatīva.
Izlikšanas laiks: 08. decembris 2021
