नयाँ सतह उपचार लेमस्केल निर्माण रोक्छ | एमआईटी समाचार

तपाईंले यसलाई भान्साको भान्साको भाँडा वा पुरानो पानीको पाइपमा देख्नुभएको हुनसक्छ: कडा, खनिज युक्त पानीले समयको साथमा स्केली जम्मा छोड्नेछ। यो घरमा पाइप र खाना पकाउने भाँडाहरूमा मात्र होइन, तर तेल र प्राकृतिक ग्याँस ढुवानी गर्ने पाइप र भल्भहरू र पावर प्लान्टहरूमा चिसो पानी ढुवानी गर्ने पाइपहरूमा पनि हुन्छ। यो राम्रोसँग थाहा छ कि स्केलले अक्षमता, डाउनटाइम र मर्मत समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ। तेल र ग्याँस उद्योग मा, मापन कहिलेकाहीँ कम्तिमा अस्थायी रूपमा, अपरेटिङ कुवाहरू पूर्ण बन्द गर्न नेतृत्व गर्दछ। तसर्थ, यो समस्या समाधान गर्न ठूलो पुरस्कार ल्याउन सक्छ। अब, MIT अनुसन्धानकर्ताहरूको टोलीले यो ठूलो तर थोरै ज्ञात समस्याको सम्भावित समाधानको साथ आएको छ। तिनीहरूले पत्ता लगाए कि सतहको न्यानो-टेक्स्चरिंग र त्यसपछि लुब्रिकेटिङ फ्लुइड लागू गर्ने एक नयाँ सतह उपचारले कम्तीमा दस गुणाले स्केल गठनको दर घटाउन सक्छ। यस हप्ता, अनुसन्धानको नतिजा जर्नल अफ एडभान्स मटेरियल इन्टरफेसमा प्रकाशित भएको थियो। यो पेपर स्नातक विद्यार्थी श्रीनिवास सुब्रमण्यम, पोस्टडक्टोरल फेलो गिसेल अजिमी र एमआईटीको मेकानिकल इन्जिनियरिङ विभागमा समुद्री उपयोगका सहायक प्राध्यापक कृपा वाराणसीले लेखेका थिए। वाराणसीले भने, "तपाईले लगभग कहिँ पनि [स्केल] देख्न सक्नुहुन्छ।" घरमा, यी निक्षेपहरू प्रायः कष्टप्रद हुन्छन्, तर उद्योगमा, तिनीहरूले "उत्पादनमा कमी ल्याउन सक्छ, र [तिनीहरूलाई] हटाउने तरिका वातावरणको लागि हानिकारक हुन सक्छ", सामान्यतया कठोर रसायनहरूको प्रयोग समावेश गर्दछ। पावर प्लान्टहरू र डिसेलिनेशन प्लान्टहरूमा, स्केलले महत्त्वपूर्ण दक्षता नोक्सान निम्त्याउन सक्छ किनभने यसले थर्मल बाधाको रूपमा काम गर्दछ र गर्मी एक्सचेन्जरमा चिसो वा संक्षेपणलाई असर गर्छ। समस्या उत्पन्न हुन्छ किनभने पानीमा सामान्यतया घुलनशील लवण र खनिजहरू धेरै हुन्छन्। यी पदार्थहरूलाई घुलन्ने पानीको क्षमता घुलनशीलतामा निर्भर गर्दछ, त्यसैले यदि पानी चिसो हुन्छ वा वाष्पीकरण हुन्छ भने, समाधान ओभरस्याचुरेटेड हुन सक्छ: यसमा समाहित हुन सक्ने भन्दा बढी घुलनशील पदार्थहरू हुन्छन्, त्यसैले केही पदार्थहरू बाहिर निस्कन थाल्छन्। न्यानो र आर्द्र हावा अचानक चिसो हुँदा चिसो सतहको सामना गर्दा, यसले चिसो गिलासमा कुहिरो निम्त्याउँछ, जुन उही सिद्धान्त हो। धेरै जसो अवस्थामा, इन्जिनियरहरूले प्रणालीलाई अति-डिजाइन गरेर यो समस्या समाधान गर्छन्, वाराणसीले भने: आवश्यकता भन्दा धेरै ठूलो पाइप प्रयोग गर्नुहोस्, उदाहरणका लागि, यो आशा गरिन्छ कि फाउलले आंशिक अवरोध, वा ठूलो सतह क्षेत्र निम्त्याउँछ, यस अवस्थामा ताप एक्सचेंजर। अन्तर्गत। सुब्रमण्यम बताउँछन् कि यो समस्या नयाँ होइन: "प्राचीन खाना पकाउने भाँडाहरूमा यस प्रकारको संचय हुन्छ," उनले भने। "हामीसँग अझै राम्रो समाधान छैन।" यद्यपि यो औद्योगिक स्तरमा प्रमाणित हुन बाँकी छ, MIT टोलीद्वारा विकसित नयाँ विधिले स्केल गठनको गतिमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्न सक्छ, र धेरै अवस्थामा यसलाई पूर्ण रूपमा रोक्न सक्छ। तिनीहरूको विधि सरल सुनिन्छ: प्रभावकारी रूपमा सतहको नानोटेक्स्ट्चर र नतिजाको बनावटलाई स्नेहकले भर्नुहोस्। बनावट मुख्यतया उत्पादन बम्प र ग्रूभ्स को आकार मा निर्भर गर्दछ; सटीक आकार फरक देखिँदैन। तसर्थ, यो बनावट सिर्जना गर्न विभिन्न प्रविधिहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ - सतहमा बनावट कोटिंग लागू गर्ने वा रासायनिक रूपमा यसलाई ठाउँमा नक्काशी सहित। अन्वेषकहरूले उपयुक्त स्नेहक छनोट गर्ने प्रक्रिया पनि वर्णन गरे जसले मापनद्वारा बनाइएको ऊर्जा अवरोध मात्र बढाउँदैन, तर बनावट ठोसहरूमा पनि फैलिन्छ, सतहलाई "चिटो" बनाउँछ र स्केल गठनको लागि प्रयोग गर्न सकिने न्यूक्लिएशन घटाउँछ। साइट। स्केल गठनलाई रोक्न वा कम गर्नको लागि अघिल्लो प्रयासहरूमा सामान्यतया सतहमा कोटिंग (जस्तै टेफ्लोन) थप्ने खनिजहरूलाई यसमा बाँध्नबाट रोक्नको लागि समावेश हुन्छ। वाराणसीले वर्णन गरे कि यस विधिको समस्या यो हो कि यी कोटिंगहरू बिग्रन्छ, जसरी नन-स्टिक फ्राइङ प्यानहरूमा कोटिंगहरू प्रयोग गर्दा प्रायः बिग्रन्छ। उनले भने कि कोटिंगमा सानो प्वाल भए पनि यसले स्केल बनाउन सुरु गर्न ठाउँ दिन्छ। नयाँ विधि प्रयोग गरी सतहमा न्यानो बनावट बनेपछि सतहमा तेल वा अन्य स्नेहन तरल पदार्थ लगाइन्छ। वाराणसीले भने कि साना नानो-स्केल ग्रुभहरूले यो तरललाई समात्छन् र केशिका कार्य मार्फत यसलाई दृढ रूपमा राख्छन्। ठोस नन-स्टिक कोटिंग्सको विपरीत, तरल कुनै पनि खाली ठाउँहरू भर्नको लागि प्रवाह गर्न सक्छ, सतह बनावटमा फैलिएको छ, र यदि केही पखालिएको छ भने, यसलाई निरन्तर रूपमा भर्न सकिन्छ। "यदि मेकानिकल क्षति भए पनि, लुब्रिकेन्ट त्यो सतहमा फर्कन सक्छ," सुब्रमण्यमले भने। "यसले लामो समयसम्म यसको सहजता कायम राख्न सक्छ।" किनभने यो स्नेहक तह धेरै पातलो छ - केवल केहि सय न्यानोमिटर बाक्लो - यसलाई दशकौंसम्म सतहको सुरक्षा गर्न थोरै मात्रामा लुब्रिकेन्ट चाहिन्छ। वाराणसीले भने कि पाइपलाइनको एक भागमा बनाइएको जलाशयले उपकरणको जीवनभर लुब्रिकेशन प्रदान गर्न सक्छ। तेल पाइपलाइनहरूको अवस्थामा, "लुब्रिकेन्ट पहिले नै अवस्थित छ", सतह बनावटद्वारा कब्जा गरिएको तेलले पाइपलाइनको सतहलाई सुरक्षित गर्न सक्छ। फ्राइबर्ग विश्वविद्यालयको इन्टरफेस केमिस्ट्री एण्ड फिजिक्सको प्रयोगशालाका प्रमुख जुर्गेन रुहेले यस अध्ययनमा संलग्न नभएको भन्दै यसले "धेरै महत्त्वपूर्ण आविष्कारहरू र महत्त्वपूर्ण वैज्ञानिक प्रगतिहरू" लाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। उनले स्केल गठनलाई कम गर्ने टोलीको विधिलाई "नयाँ र रचनात्मक" भने र भने "यसले पानी तताउने र वाफ उत्पन्न हुने सबै क्षेत्रमा सम्भावित प्रभाव पार्न सक्छ।" अनुसन्धाताहरूले थप प्रयोगशाला परीक्षण पछि कुनै विशेष अनुप्रयोगको लागि उत्तम निर्धारण गर्न लुब्रिकेन्ट र टेक्स्चरिंग विधिहरू पछि, प्रणाली तीन वर्षमा व्यावसायिक प्रयोगको लागि तयार हुन सक्ने बताए। यो काम MIT ऊर्जा पहल द्वारा समर्थित थियो।