Гадаргууг шинээр боловсруулснаар шохойжилт үүсэхээс сэргийлнэ MIT мэдээ

Та үүнийг гал тогооны тогооны хэрэгсэл эсвэл хуучин усны хоолойд харсан байж магадгүй: хатуу, эрдэс бодисоор баялаг ус нь цаг хугацааны явцад хайрст үлдэнэ. Энэ нь зөвхөн хоолой, гэрийн хоол хийх хэрэгсэлд төдийгүй газрын тос, байгалийн хий тээвэрлэдэг хоолой, хавхлага, цахилгаан станцын хөргөлтийн ус дамжуулах хоолойд тохиолддог. Масштаб нь үр ашиггүй байдал, сул зогсолт, засвар үйлчилгээний асуудалд хүргэдэг гэдгийг сайн мэддэг. Газрын тос, байгалийн хийн салбарт цар хүрээ нь заримдаа үйл ажиллагаа явуулж буй цооногийг бүрмөсөн хаахад хүргэдэг, наад зах нь түр зуур. Тиймээс энэ асуудлыг шийдэх нь асар их шагнал авчрах болно. Одоо MIT-ийн судлаачдын баг энэхүү асар том боловч төдийлөн мэдэгдээгүй асуудлыг шийдэх боломжит шийдлийг гаргаж ирэв. Гадаргууг нано бүтэцтэй болгох, дараа нь тосолгооны шингэн түрхэх зэрэг шинэ гадаргуугийн боловсруулалт нь царцдас үүсэх хурдыг дор хаяж арав дахин бууруулж чадна гэдгийг тэд тогтоожээ. Энэ долоо хоногт судалгааны үр дүнг Journal of Advanced Materials Interface сэтгүүлд нийтлэв. Уг илтгэлийг магистрант Сринивас Субраманям, докторын дараах ажилтан Жизель Азими, MIT-ийн Механик инженерийн тэнхимийн тэнгисийн ашиглалтын дэд профессор Крипа Варанаси нар бичсэн. "Та [хэмжээг] бараг хаана ч харж болно" гэж Варанаси хэлэв. Гэрийн нөхцөлд эдгээр ордууд нь ихэвчлэн ядаргаатай байдаг ч үйлдвэрлэлд "бүтээмж буурч, [тэдгээрийг] зайлуулах арга нь байгаль орчинд хор хөнөөл учруулдаг" бөгөөд ихэвчлэн хатуу химийн бодис ашиглахтай холбоотой байдаг. Цахилгаан станц, давсгүйжүүлэх байгууламжид масштаб нь дулааны хаалт болж, дулаан солилцогч дахь хөргөлт эсвэл конденсацид нөлөөлдөг тул үр ашгийн ихээхэн алдагдалд хүргэдэг. Усанд ихэвчлэн ууссан давс, эрдэс бодис ихээр агуулагддаг тул асуудал үүсдэг. Усны эдгээр бодисыг уусгах чадвар нь уусах чадвараас хамаардаг тул хэрэв ус хөргөх эсвэл ууршвал уусмал хэт ханасан болно: энэ нь агуулахаас илүү ууссан бодис агуулдаг тул зарим бодисууд тунадасжиж эхэлдэг. Дулаан, чийглэг агаар нь хүйтэн гадаргуутай тулгарах үед гэнэт хөргөхөд хүйтэн шилэн дээр манан үүсэх бөгөөд энэ нь ижил зарчим юм. Ихэнх тохиолдолд инженерүүд системийг хэт зохион бүтээх замаар энэ асуудлыг шийддэг гэж Варанаси хэлэв: Шаардлагатай хэмжээнээс хамаагүй том хоолой ашиглах, жишээлбэл, бохирдол нь хэсэгчилсэн бөглөрөл, эсвэл илүү том гадаргуутай байх болно, энэ тохиолдолд дулаан солилцогч доор. Энэ асуудал шинэ зүйл биш гэдгийг Субраманям онцолж хэлэхдээ “Эртний хоол хийх сав суулга ийм төрлийн хуримтлалтай байдаг. "Бидэнд сайн шийдэл хараахан гараагүй байна." Хэдийгээр энэ нь аж үйлдвэрийн хэмжээнд хараахан нотлогдоогүй байгаа ч MIT-ийн багийн боловсруулсан шинэ арга нь масштаб үүсэх хурдад чухал нөлөө үзүүлж, ихэнх тохиолдолд үүнээс бүрэн сэргийлж магадгүй юм. Тэдний арга нь энгийн сонсогдож байна: гадаргууг үр дүнтэй нано бүтэцтэй болгож, үүссэн бүтцийг тосолгооны материалаар дүүргэх. Бүтэц нь голчлон үйлдвэрлэсэн овойлт, ховилын хэмжээнээс хамаарна; нарийн хэлбэр нь хамаагүй бололтой. Тиймээс энэ бүтэцийг бий болгохын тулд гадаргуу дээр бүтэцтэй бүрээсийг түрхэх эсвэл химийн аргаар сийлбэрлэх гэх мэт янз бүрийн арга техникийг ашиглаж болно. Судлаачид тохирох тосолгооны материалыг сонгох үйл явцыг тайлбарласан бөгөөд энэ нь зөвхөн масштабаар үүссэн энергийн саадыг нэмэгдүүлээд зогсохгүй бүтэцтэй хатуу бодисуудад тархаж, гадаргууг "гөлгөр" болгож, масштаб үүсэхэд ашиглаж болох бөөмжилтийг бууруулдаг. Сайт. Хуваарь үүсэхээс урьдчилан сэргийлэх, багасгах өмнөх оролдлогууд нь ихэвчлэн гадаргуу дээр ашигт малтмалыг холбохоос урьдчилан сэргийлэхийн тулд бүрэх (Тефлон гэх мэт) нэмж оруулдаг. Варанаси тайлбарласнаар энэ аргын асуудал нь наалддаггүй хайруулын тавган дээрх бүрээс нь ашиглалтын явцад ихэвчлэн мууддагтай адил эдгээр бүрээс нь элэгддэг. Бүрхүүл нь жижиг нүхтэй байсан ч царцдас үүсэх нөхцлийг бүрдүүлдэг гэжээ. Шинэ аргыг ашигласнаар гадаргуу дээр нано бүтэц үүссэний дараа гадаргуу дээр тос эсвэл бусад тосолгооны шингэн түрхдэг. Варанаси хэлэхдээ, жижигхэн нано хэмжээний ховилууд нь энэ шингэнийг барьж, хялгасан судасны үйлчлэлээр бат бэх барьдаг. Хатуу наалддаггүй бүрхүүлээс ялгаатай нь шингэн нь ямар ч цоорхойг дүүргэхийн тулд урсаж, гадаргуугийн бүтэц дээр тархаж, зарим нь угааж байвал түүнийг тасралтгүй дүүргэж болно. "Механик гэмтэл гарсан ч тосолгооны материал тэр гадаргуу руу буцаж болно" гэж Субраманям хэлэв. "Энэ нь удаан хугацааны турш гөлгөр байдлаа хадгалж чадна." Энэхүү тосолгооны давхарга нь маш нимгэн буюу хэдхэн зуун нанометр зузаантай тул гадаргууг хэдэн арван жилийн турш хамгаалахын тулд бага хэмжээний тосолгооны материал шаарддаг. Варанаси хэлэхдээ, дамжуулах хоолойн хэсэгт баригдсан усан сан нь тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын туршид тосолгооны материалаар хангаж чадна. Газрын тос дамжуулах хоолойн хувьд "тосолгооны материал аль хэдийн байгаа" бол гадаргуугийн бүтэцтэй тос нь дамжуулах хоолойн гадаргууг хамгаалж чаддаг. Фрайбургийн их сургуулийн Интерфейсийн хими, физикийн лабораторийн эрхлэгч Юрген Рюэ уг судалгаанд оролцоогүй бөгөөд энэ нь "маш чухал нээлт, шинжлэх ухааны чухал ололтуудыг харуулж байна" гэжээ. Тэрээр энэ багийн цар хүрээ үүсэхийг багасгах аргыг "шинэ бөгөөд бүтээлч" гэж нэрлээд "энэ нь ус халааж, уур үүсдэг бүх газарт нөлөөлж болзошгүй" гэж хэлсэн. Судлаачид цаашид лабораторийн туршилт хийсний дараа тодорхой хэрэглээнд хамгийн сайн тохирохыг тодорхойлохын тулд тосолгооны материал, бүтэцтэй аргуудын дараа системийг ердөө гуравхан жилийн дотор арилжааны зориулалтаар ашиглахад бэлэн болно гэж судлаачид хэлэв. Энэхүү ажлыг MIT Energy Initiative дэмжсэн.