ساخت یک سیستم فتوترمال (نورگرما) برای آب کردن یخ از طریق تابش نور

ساخت یک سیستم فتوترمال (نورگرما) برای آب کردن یخ از طریق تابش نور

Photothermal trap utilizing solar illumination for ice mitigation (31 Aug 2018)

تشکیل یخ از طریق یخ زدن شبنم و انجماد باران، مشکل عملیاتی و ایمنی جدی‌ای را در توربین‌های بادی، خطوط انتقال برق، خانه‌های مسکونی، هواپیماها و اسکله‌های ساحلی ایجاد می‌کند. برای نمونه، رشد یخ بر روی توربین‌های بادی در مناطق سرد و در ارتفاعات بالا می‌تواند 50% از تولید سالانه را به اتلاف برساند. روش‌های فعلی برای حذف یخ، شامل روش‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی می‌شود که دو مورد نخست ناکارامد بوده و به انرژی بالایی نیاز دارند و مورد سوم معمولاً محیط خورنده‌ای ایجاد می‌کند که به سطوح آسیب وارد می‌کند. در سال‌های اخیر، تلاش‌های گسترده‌ای برای جلوگیری یا تعویق انداختن تشکیل یخ از طریق اصلاح سطح صورت گرفته است که شامل استفاده از سطوح سوپر-آب‌گریز، پوشش‌های پلیمری، سطوح اشباع شده با لوبریکنت، پوشش‌هایی با قابلیت تغییر فاز و مواد ضدانجماد، می‌شود. اما این روش‌ها، نتوانسته‌اند انتظارات صنعت را برآورده کنند که موجب شده محققین به دنبال روش‌های موثرتری باشند.

اما، در جدیدترین مقاله شاخصی که در رابطه با حل این مشکل منتشر شده است، محققین یک ماده فتوترمال (نور-گرما) ساخته‌اند که می‌تواند با بهره گرفتن از نور، یخ تشکیل شده را آب کند. این ماده بر روی سطوح قرار می‌گیرد و می‌تواند به صورت کارامد، نور خورشید را در فصل مشترک یخ-سطحِ نمونه، به حرارت تبدیل کند. این ترکیب نوین از سه لایه تشکیل می‌شود: یک جاذب گزینش‌پذیر برای جذب نور تابیده شده از خورشید، یک پخش‌کننده حرارتی برای پراکنده کردن حرارت، و یک عایق برای حداقل کردن اتلاف حرارت. در زمان تابش نور،محدود کردن و حبس حرارت در پخش کننده حرارتی، به سرعت دمای سطح را افزایش می‌دهد و در نتیجه یک لایه ذوب شدۀ روان‌کار تشکیل می‌دهد که حذف یخ را تسهیل می‌کند. سپس پخش‌کننده حررات، به مکان‌هایی که زیر سایه بوده و دور از تابش مستقیم هستند، حرارت را منتقل می‌کنند. از سرمت (Cermet) به عنوان جاذب گزینش پذیر نور استفاده شده و در ساخت عایق و پخش‌کننده حرارت، از لایه آلومینیومی با ضخامت 400 میکرومتر که به صورت تجاری به شکل فوم موجود است، بهره گرفته شده است. گزارش شده است که این سیستم پیشنهادی توانسته است در دماهای بسیار پایین و تحت پوشش شدید برف و یخ، در آزمایش‌های خارج از آزمایشگاه، به صورت موثر یخ-زدایی سطوح را انجام دهد. این کار توسط محققین دانشگاه MIT هدایت شده و در مجله معتبر SCIENCE ADVANCES منتشر شده است.

DOI: 10.1126/sciadv.aat0127

گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)