211service.com
Waterafstotende metalen
Onderzoekers van GE hebben een manier bedacht om metalen te behandelen zodat ze water afstoten. De extreme waterafstotende eigenschap, superhydrofobiciteit genaamd, betekent dat water druppels op het oppervlak vormt in plaats van zich te verspreiden en eraan te kleven.
Droog blijven: Een chemisch behandeld plastic oppervlak is ruw op nanoschaal en dwingt waterdruppels om parels te vormen die eraf kunnen rollen. GE-onderzoekers hebben nu hetzelfde gedaan met metaal.
De vooruitgang bouwt voort op eerder werk dat voortkwam uit GE's Global Research Center in Niskayuna, NY. Twee jaar geleden toonden onderzoekers aan dat ze Lexan, een veelgebruikt plastic dat wordt gebruikt om cd's, iPods, voorruiten van vliegtuigen en koplampen van auto's te maken, waterafstotend konden maken. Dit deden ze door het oppervlak chemisch te behandelen om het ruw te maken. Hetzelfde effect hebben de onderzoekers nu aangetoond op metalen oppervlakken.
Er zijn veel andere superhydrofobe materialen aangetoond, maar de meeste hebben een soort plastic gebruikt. Superhydrofobe metalen openen veel nieuwe toepassingen, zegt Jeffrey Youngblood , een professor in materiaalkunde aan de Purdue University. Metalen constructies zijn robuuster en kunnen overleven in zwaardere omgevingen, waardoor ze kunnen worden gebruikt in toepassingen waar plastic niet haalbaar is, zoals in vliegtuigen, treinen, auto's, zware machines en motoren, zegt Youngblood.
GE heeft enkele ideeën over het gebruik van de materialen. Een mogelijkheid is het ijsvrij maken van vliegtuigen. IJsafzetting op motoren als gevolg van condensatie kan catastrofaal zijn. Op dit moment gebruiken vliegtuigen warmte om ijs te voorkomen, waarvoor stroom nodig is. De-icing op de grond gebeurt ondertussen met dooivloeistoffen, die giftige chemicaliën bevatten; vliegtuigen met de-icing vloeistoffen op de grond sproeien kost ook veel tijd. Het zou heel wenselijk zijn als we … gewoon een materiaal zouden kunnen hebben waarop ijs niet blijft plakken, zegt Margaret Blohm, leider in geavanceerde technologie voor het nanotechnologieprogramma bij GE's Global Research Center.
Een andere toepassing van de metalen zou kunnen zijn in gas- en stoomturbines. De superhydrofobe metalen kunnen de ophoping van vocht en verontreinigingen op de turbines verminderen, hun efficiëntie verhogen en minder stilstanden voor onderhoud vereisen.
GE-onderzoekers hebben hun werk niet gepubliceerd en ze weigerden veel prijs te geven over hun onderzoeksresultaten. Maar ze zeggen wel dat hun inspiratie afkomstig is van bladeren van lotusplanten, die een nanokristallijne wasstructuur hebben. Op het bladoppervlak bevinden zich minuscule waskristallen van tientallen nanometers breed, die waterdruppels vasthouden als bijna perfect bolvormige kralen.
Blohm zegt dat het team met twee verschillende benaderingen speelt om de metalen te maken. Een daarvan is om het metalen oppervlak te textureren en er vervolgens een waterafstotende chemische coating op aan te brengen. De andere benadering is om het metalen oppervlak onaangeroerd te laten en de coating zelf te structureren. De techniek is zeer algemeen en zou moeten werken met metalen die momenteel worden gebruikt voor motoren en turbines, zoals titaniumlegeringen.
De robuustheid van het materiaal zal van cruciaal belang zijn vanwege de krachtige toepassingen waar GE zich op richt, zegt Gareth McKinley , een professor werktuigbouwkunde aan het MIT. Hij denkt dat van de twee verschillende benaderingen om het superhydrofobe metaal te maken, het veranderen van het materiaaloppervlak zelf langer zou duren. Met een coating, zegt hij, is er een mogelijkheid dat het loslaat of afbladdert. Dus iets dat intrinsiek aan het materiaal is, zal robuuster zijn.
Blohm zegt dat beide benaderingen - het metaal opruwen of het bekleden met een gestructureerd materiaal - hun voordelen kunnen hebben, afhankelijk van hoe het materiaal wordt gebruikt. De meeste omgevingen waar we naar kijken met metalen zijn nogal ruw, of het nu gaat om temperatuur, vocht, corrosie of andere verontreinigingen, zegt ze. Dus in sommige toepassingen kunt u metalen met een structuur kiezen die misschien robuuster zijn, maar in andere wilt u misschien dat de coating de prestaties levert met opties om de coating te vervangen.
De onderzoekers testen veel verschillende modellen van superhydrofobe metalen. Ze sleutelen aan de textuur van de metalen en coatings om te zien wat het beste werkt in bepaalde ruwe omgevingen. Het materiaal zou uiteindelijk op de toepassing moeten worden afgestemd, zegt Blohm. Als we ons goed voelen bij [een materiaal] - waarvan we weten dat het misschien duurder is en misschien niet robuust genoeg voor het milieu, maar we zien prestaties in die modelstructuren - dan is het de investering waard, zegt ze. Vervolgens werken we eraan om het maakbaar en robuust te maken in een specifieke omgeving.