211service.com
Een nieuw soort meta-oppervlak gebruikt de zon om mistige schermen op te ruimen
Pixabay
Wanneer een bril beslaat, kan dat hinderlijk zijn. Maar als de voorruit van een auto of de helm van een astronaut beslaat, kunnen de gevolgen dodelijk zijn. Daarom hebben auto's en ruimtepakken hun eigen airconditioningsystemen om beslaan te verwijderen of te voorkomen.
Maar airconditioning is duur, omvangrijk en milieuonvriendelijk. Daarom willen ingenieurs en materiaalwetenschappers graag een manier vinden om beslaan effectiever te voorkomen.
Voer Christopher Walker en collega's van ETH in Zürich, Zwitserland in, die een nieuw materiaal hebben ontworpen met eigenschappen die ongeëvenaard zijn in de natuurlijke wereld. Hun materiaal - of meta-oppervlak, om het de juiste naam te geven - vangt straling van de zon op en gebruikt het om condens af te branden of om te voorkomen dat het zich überhaupt vormt. Het resultaat is een effectieve en relatief goedkope manier om dit verraderlijke probleem aan te pakken.
Een meta-oppervlak is een materiaal dat is ontworpen om oppervlakte-eigenschappen te hebben die niet in de natuur voorkomen. Ze worden vaak gemaakt met behulp van een herhalend patroon van kleinere eenheden, zoals nanodeeltjes.
In dit geval creëert het team hun oppervlak door een silicablad te bedekken met gouden nanodeeltjes en ze op hun plaats te verzegelen met een laag titaniumdioxide. Vervolgens herhaalden ze dit proces om meerdere lagen te maken.
De nanodeeltjes absorberen een deel van het zonlicht dat erop valt, waardoor het glas een tint krijgt. Maar ze warmen ook op, waardoor de oppervlaktetemperatuur van het glas tot 10 °C stijgt.
Dat is de sleutel tot het voorkomen van beslaan. De warmte voorkomt dat water condenseert of zorgt ervoor dat water verdampt.
Een belangrijke vraag is of deze aanpak beter presteert dan conventionele anti-condenstechnologieën. De meest gebruikelijke hiervan is om glas te coaten met een superhydrofiel of superhydrofoob materiaal. Deze doen niets om condensatie te voorkomen, maar ze veranderen wel de grootte en het gedrag van de waterdruppels die zich vormen, waardoor vaak een continue dunne laag water op het oppervlak ontstaat.
Om erachter te komen hoe het meta-oppervlak zich verhoudt, plaatste het team het tegen een onbehandeld oppervlak en een oppervlak dat was gecoat met superhydrofiele en superhydrofobe materialen.
De resultaten zijn overtuigend. De onderzoekers zeggen dat hun nieuwe meta-oppervlak de condensatiesnelheid aanzienlijk vermindert en de verdampingssnelheid verhoogt in vergelijking met andere materialen.
En omdat de gouden nanodeeltjes worden beschermd door een titaniumoxidelaag, zijn deze oppervlakken ook robuust. We denken dat dit onderzoek zal leiden tot robuustere en verbeterde passieve anticondens- en ontwasemingsoppervlakken, zeggen ze.
Dat is interessant werk. Het nieuwe meta-oppervlak is relatief eenvoudig te maken en maakt de weg vrij voor grootschalige fabricage van een breed scala aan materialen zoals glas en polymeren. Deze benadering zou leiden tot aanzienlijke prestatieverbeteringen voor toepassingen zoals ramen, windschermen, elektronische displays, camera's, spiegels en brillen, zeggen ze.
Natuurlijk maakt het materiaal gebruik van zonlicht, wat de vraag oproept hoe het 's nachts zou kunnen werken. Het oppervlak kan nog steeds met frisse lucht worden afgeveegd of schoongemaakt. Maar het meta-oppervlak verhoogt de mogelijkheid van andere mechanismen, zoals een kunstmatige lichtbron. In de toekomst zou anti-condens misschien net zo eenvoudig kunnen zijn als het aanzetten van een lamp.
Referentie: arxiv.org/abs/1904.02534 : Transparante meta-oppervlakken die beslaan tegengaan door zonlicht te benutten