नवीन पृष्ठभागावरील उपचार चुनखडी तयार होण्यास प्रतिबंध करते | एमआयटी बातम्या

तुम्ही ते स्वयंपाकघरातील कूकवेअर किंवा जुन्या पाण्याच्या पाईप्समध्ये पाहिले असेल: कठीण, खनिज-समृद्ध पाणी कालांतराने खवलेयुक्त साठे सोडेल. हे केवळ घरातील पाईप्स आणि स्वयंपाकाच्या भांड्यांमध्येच नाही तर तेल आणि नैसर्गिक वायूची वाहतूक करणाऱ्या पाईप्स आणि व्हॉल्व्ह आणि पॉवर प्लांटमध्ये थंड पाण्याची वाहतूक करणाऱ्या पाईप्समध्येही आढळते. हे सर्वज्ञात आहे की स्केल अकार्यक्षमता, डाउनटाइम आणि देखभाल समस्या निर्माण करू शकते. तेल आणि वायू उद्योगात, स्केलमुळे काहीवेळा ऑपरेटिंग विहिरी पूर्ण बंद होतात, किमान तात्पुरते. म्हणून, या समस्येचे निराकरण केल्याने मोठे बक्षिसे मिळू शकतात. आता, एमआयटी संशोधकांच्या एका चमूने या प्रचंड परंतु अल्पज्ञात समस्येवर संभाव्य उपाय शोधून काढला आहे. त्यांना आढळले की पृष्ठभागाच्या नॅनो-टेक्स्चरिंगसह आणि नंतर स्नेहन द्रवपदार्थ वापरण्यासह एक नवीन पृष्ठभाग उपचार - स्केल निर्मितीचा दर किमान दहापट कमी करू शकतो. या आठवड्यात, संशोधनाचे परिणाम जर्नल ऑफ ॲडव्हान्स्ड मटेरियल्स इंटरफेसमध्ये प्रकाशित झाले. हा पेपर पदवीधर विद्यार्थी श्रीनिवास सुब्रमण्यम, पोस्टडॉक्टरल सहकारी गिसेल अझीमी आणि MIT मधील मेकॅनिकल इंजिनीअरिंग विभागातील सागरी उपयोगाच्या सहयोगी प्राध्यापक कृपा वाराणसी यांनी लिहिला होता. “तुम्ही जवळपास कुठेही [स्केल] पाहू शकता,” वाराणसी म्हणाले. घरामध्ये, या ठेवी बहुतेक त्रासदायक असतात, परंतु उद्योगात, ते "उत्पादकता कमी करू शकतात, आणि [ते] काढून टाकण्याची पद्धत पर्यावरणास हानिकारक असू शकते", सहसा कठोर रसायनांचा वापर समाविष्ट असतो. पॉवर प्लांट्स आणि डिसेलिनेशन प्लांट्समध्ये, स्केलमुळे कार्यक्षमतेचे लक्षणीय नुकसान होऊ शकते कारण ते थर्मल बॅरियर म्हणून काम करते आणि उष्णता एक्सचेंजरमध्ये थंड किंवा संक्षेपण प्रभावित करते. समस्या उद्भवते कारण पाण्यामध्ये सामान्यतः विरघळलेले क्षार आणि खनिजे भरपूर असतात. हे पदार्थ विरघळण्याची पाण्याची क्षमता विद्राव्यतेवर अवलंबून असते, म्हणून जर पाणी थंड झाले किंवा बाष्पीभवन झाले, तर द्रावण अतिसंतृप्त होऊ शकते: त्यात विरघळलेले पदार्थ ते ठेवू शकतात त्यापेक्षा जास्त असतात, त्यामुळे काही पदार्थ बाहेर पडू लागतात. जेव्हा उबदार आणि दमट हवा अचानक थंड होते तेव्हा ती थंड पृष्ठभागावर येते, त्यामुळे थंड काचेवर फॉगिंग होते, जे समान तत्त्व आहे. बहुतेक प्रकरणांमध्ये, अभियंते सिस्टीमचे ओव्हर-डिझाइन करून ही समस्या सोडवतात, वाराणसी म्हणाले: आवश्यकतेपेक्षा खूप मोठे पाईप वापरा, उदाहरणार्थ, फॉउलिंगमुळे आंशिक अडथळा निर्माण होईल किंवा मोठ्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रास कारणीभूत ठरेल अशी अपेक्षा आहे, या प्रकरणात हीट एक्सचेंजर अंतर्गत सुब्रमण्यम सांगतात की ही समस्या नवीन नाही: “प्राचीन स्वयंपाकाच्या भांड्यांमध्ये अशा प्रकारचा साठा आहे,” तो म्हणाला. "आमच्याकडे अजून चांगला उपाय नाही." हे अद्याप औद्योगिक स्तरावर सिद्ध होणे बाकी असले तरी, MIT संघाने विकसित केलेल्या नवीन पद्धतीचा स्केल निर्मितीच्या गतीवर लक्षणीय परिणाम होऊ शकतो आणि बर्याच बाबतीत ते पूर्णपणे प्रतिबंधित करू शकते. त्यांची पद्धत सोपी वाटते: पृष्ठभाग प्रभावीपणे नॅनोटेक्श्चर करणे आणि परिणामी पोत वंगणाने भरणे. पोत प्रामुख्याने उत्पादित अडथळे आणि खोबणीच्या आकारावर अवलंबून असते; अचूक आकार काही फरक पडत नाही. म्हणून, हे पोत तयार करण्यासाठी विविध तंत्रांचा वापर केला जाऊ शकतो - ज्यामध्ये पृष्ठभागावर टेक्सचर लेप लावणे किंवा त्या जागी रासायनिक कोरीव काम करणे समाविष्ट आहे. संशोधकांनी योग्य वंगण निवडण्याची प्रक्रिया देखील वर्णन केली जी केवळ स्केलद्वारे तयार होणारा उर्जा अडथळाच वाढवत नाही तर टेक्सचर सॉलिड्समध्ये देखील पसरते, ज्यामुळे पृष्ठभाग "गुळगुळीत" बनते आणि स्केल निर्मितीसाठी वापरले जाऊ शकणारे न्यूक्लिएशन कमी करते. जागा. स्केल तयार होण्यापासून रोखण्यासाठी किंवा कमी करण्याच्या पूर्वीच्या प्रयत्नांमध्ये सामान्यत: पृष्ठभागावर कोटिंग (जसे की टेफ्लॉन) जोडणे समाविष्ट होते जेणेकरुन खनिजे त्याच्याशी जोडू नयेत. वाराणसीने स्पष्ट केले की या पद्धतीतील समस्या ही आहे की हे कोटिंग्ज झिजतात, ज्याप्रमाणे नॉन-स्टिक फ्राईंग पॅनवरील कोटिंग्ज वापरताना अनेकदा खराब होतात. ते म्हणाले की कोटिंगमध्ये लहान छिद्र असले तरीही ते स्केल तयार होण्यास एक जागा प्रदान करते. नवीन पद्धतीचा वापर करून, एकदा पृष्ठभागावर नॅनो-पोत तयार झाल्यानंतर, पृष्ठभागावर तेल किंवा इतर स्नेहन द्रवपदार्थ लावले जातात. वाराणसीने म्हटले आहे की लहान नॅनो-स्केल ग्रूव्ह हे द्रव पकडतात आणि केशिका क्रियेद्वारे ते घट्ट धरून ठेवतात. घन नॉन-स्टिक कोटिंग्सच्या विपरीत, द्रव कोणत्याही पोकळी भरण्यासाठी प्रवाही होऊ शकतो, पृष्ठभागाच्या संरचनेवर पसरतो आणि काही वाहून गेल्यास, ते सतत पुन्हा भरले जाऊ शकते. "जरी यांत्रिक नुकसान झाले तरी, वंगण त्या पृष्ठभागावर परत येऊ शकते," सुब्रमण्यम म्हणाले. "ते बराच काळ त्याचा गुळगुळीतपणा टिकवून ठेवू शकते." कारण हा स्नेहक थर अतिशय पातळ आहे—फक्त काही शंभर नॅनोमीटर जाड—त्याला दशकांपर्यंत पृष्ठभागाचे संरक्षण करण्यासाठी फक्त थोड्या प्रमाणात वंगण आवश्यक आहे. वाराणसीने सांगितले की, पाइपलाइनच्या एका भागात बांधलेले जलाशय उपकरणाचे आयुष्यभर स्नेहन प्रदान करू शकते. तेल पाइपलाइनच्या बाबतीत, “वंगण आधीच अस्तित्वात आहे”, पृष्ठभागाच्या संरचनेद्वारे कॅप्चर केलेले तेल पाइपलाइनच्या पृष्ठभागाचे संरक्षण करू शकते. फ्रीबर्ग विद्यापीठातील इंटरफेस केमिस्ट्री अँड फिजिक्सच्या प्रयोगशाळेचे प्रमुख जुर्गेन रुहे या अभ्यासात सहभागी नव्हते, ते म्हणाले की ते "अत्यंत महत्त्वाचे शोध आणि महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक प्रगती" दर्शवते. त्यांनी स्केल फॉर्मेशन कमी करण्याच्या टीमच्या पद्धतीला "नवीन आणि सर्जनशील" म्हटले आणि सांगितले की "ज्या ठिकाणी पाणी गरम केले जाते आणि वाफ तयार केली जाते अशा सर्व भागांवर याचा संभाव्य परिणाम होऊ शकतो." संशोधकांनी सांगितले की, विशिष्ट ऍप्लिकेशनसाठी सर्वोत्कृष्ट ठरविण्यासाठी पुढील प्रयोगशाळा चाचणीनंतर वंगण आणि टेक्सचर पद्धतींनंतर, प्रणाली केवळ तीन वर्षांत व्यावसायिक वापरासाठी तयार होऊ शकते. या कामाला एमआयटी एनर्जी इनिशिएटिव्हने पाठिंबा दिला होता.