Среда, 14.11.2018, 23:43
Приветствую Вас Гость | RSS

Сайт Издательство

Статистика

Рейтинг@Mail.ru
создание сайтов недорого
Форма входа

Каталог статей

Главная » Статьи » Физика [ Добавить статью ]

Нанотехнологии
Материалы, которые не подвержены обледенению, были бы очень востребованы в авиастроении, техническом обслуживании автомобильных дорог и линий электропередач, строительстве и во многих других областях человеческой деятельности. К сожалению, такие вещества пока не созданы. Существующие методы борьбы с обледенением либо очень энергоемки, либо наносят вред окружающей среде. Американские ученые из Висконсинского и Гарвардского университетов, исследовав динамику столкновения капель воды с различными холодными поверхностями (температура меньше 0°C), предложили идею, как можно преодолеть это природное явление. Проведенные эксперименты показывают, что, используя сверхгидрофобные вещества (сильно отталкивающие воду) с искусственно созданными на их поверхности наноструктурами, можно предотвратить изначальный рост льда на них и избежать обледенения.

Большинство инфраструктурных объектов, используемых человечеством, остаются уязвимыми для такого природного явления, как обледенение. Распространяясь по какой-либо поверхности в виде даже очень тонкого слоя, лед способен разрывать линии электропередач, разрушать трубопроводы, делать дороги непроходимыми, значительно уменьшать подъемную силу самолета и т. д. Образовавшаяся ледяная корка настолько прочна, что ликвидировать ее на больших территориях очень сложно, а то и невозможно.

Самый распространенный способ избавления от льда — плавление. Однако существующие для этого физические и химические методы сопряжены с определенными проблемами. Прежде всего, из-за значительной удельной энергии плавления льда на нагревание надо затратить большое количество энергии. К тому же, в случае разной толщины льда, трудно оценить продолжительность нагревания. Определение «на глаз» создает серьезный риск разрушения поверхности и опять-таки требует значительных энергетических затрат. Соль, уменьшающая температуру кристаллизации воды, приводит к коррозии поверхностей и наносит вред экологии. Этиленгликоль (еще одно вещество, используемое в борьбе с обледенением) токсичен.

Однако ученые не оставляют попыток разработать эффективную методику противостояния ледяной угрозе. Для этого они детально изучают процесс формирования льда на поверхности различных веществ. Им удалось обнаружить, что образование пресловутой ледяной корки начинается с взаимодействия капель воды с поверхностью, на которой они находятся. Следовательно, предупреждать обледенение можно, если каким-то образом научиться создавать поверхности, которые не только не позволяли бы каплям замерзать, но и вообще отталкивали бы их от себя.

Механизм отталкивания воды и водяных капель уже давно используется в природе. Его применяют более 200 видов растений (хорошо известен эффект лотоса) и различные животные (например, водомерки). Все эти живые организмы имеют в своем распоряжении поверхности, сильно и очень сильно отталкивающие от себя воду. Такое «неприятие» воды называется соответственно гидрофобностью и сверхгидрофобностью. Возникает оно не только благодаря определенным физико-химическим характеристикам материалов, но и, как выяснилось, за счет «хитрой» геометрической структуры их поверхности.

Хорошей иллюстрацией природного использования структурированных микрошероховатостей с целью улучшения водоотталкивающих свойств может служить лист растения таро (Colocasia esculenta). На снимке (рис. 1), сделанном с помощью сканирующего электронного микроскопа, хорошо видны упорядоченные структуры на поверхности сверхгидрофобного листа этого растения.

Чтобы выяснить, как геометрия поверхности может помочь в решении проблемы обледенения, ученые из Висконсинского и Гарвардского университетов США исследовали динамику столкновения капель воды со сверхгидрофобным материалом при положительной и отрицательной температуре. Исходя из полученных результатов, они выдвинули гипотезу, согласно которой «правильно» сконструированные наноструктуры на поверхности сверхгидрофобного вещества способны отталкивать воду вплоть до –30°C, предотвращая тем самым образования ледяной корки.

Категория: Физика | Добавил: Гость (30.01.2011)
Просмотров: 538 | Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск