پوشش حرارتی جدید MISH، آب نزدیک به نقطه جوش را دفع میکند
پژوهشگران در ایالات متحده یک پوشش عایق چندلایه فوقآبگریز به نام MISH توسعه دادهاند که میتواند آب نزدیک به نقطه جوش، شیر داغ، قهوه و سوپ را از هر سطحی دفع کند. این پوشش به سطوح اجازه میدهد حتی در دماهای بالا نیز خشک باقی بمانند و کارایی خود را حفظ کنند.
دانشمندان دانشگاه رایس یک راهکار سریع برای حل مشکلات موجود در سطوح فوقآبگریز ارائه کردهاند. آنها به جای تمرکز تنها بر روی شیمی و بافت ماده، جریان حرارتی درون آن را مورد آزمایش قرار دادند. سطوح فوقآبگریز به شدت آبگریز بوده و از برگ نیلوفر آبی الگوبرداری میکنند و اجازه میدهند که قطرات آب با شیب کم از روی سطح لغزیده و پایین بیفتند. با این حال، آب داغ همچنان نقطه ضعف اصلی این سطوح محسوب میشود. زمانی که دما به ۱۰۴ درجه فارنهایت (۴۰ درجه سلسیوس) میرسد، بسیاری از این پوششها ناگهان توانایی دفع آب را از دست میدهند و در نتیجه قطرات داغ به جای لغزیدن به سطح میچسبند و در بافت آن نفوذ کرده و لکههای مرطوب باقی میگذارند.
به منظور مقابله با این مشکل، تیم پژوهشی پوششی را طراحی کرده است که حتی در دماهای نزدیک به ۱۹۴ درجه فارنهایت (۹۰ درجه سلسیوس) نیز قادر به دفع آب است. طراحی MISH شامل یک سامانه دولایه است که یکی از لایهها عایق بوده و از فوم پلییورتان قابل اسپری تشکیل شده است و لایه دیگر یک لایه فوقآبگریز با ریزبافت است که به صورت تجاری عرضه میشود. لایه زیرین عایق انتقال حرارت از قطره به سطح را کند کرده و از چرخههای سریع تبخیر و میعان جلوگیری میکند.
دنیل جی پرستون، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه رایس و نویسنده مطالعه، توضیح میدهد که لایه عایق میزان سرد شدن قطره داغ در محل تماس را کاهش میدهد و بنابراین چرخههای تبخیر و میعان مجدد که معمولاً باعث پر شدن بافت سطح از میعانات میشود، کمتر به وقوع میپیوندد. کاهش میعانات در بافت سطح به معنای کمتر شدن پلهای مایع بوده و این امر خاصیت دفع کنندگی را حفظ میکند. در عدم وجود این پلهای میعانی، حتی قطرات نزدیک به نقطه جوش نیز به لغزش خود ادامه میدهند. پرستون تأکید میکند که انجام چنین کاری پیشتر دشوار بود و میتوانست هزینههایی به مراتب بیشتر از روش پیشنهادی آنها به بار آورد.
دانشمندان نمونههای پوشش را به مدت یک هفته تحت بمباران قطرات داغ قرار دادند که نزدیک به ۲ میلیون برخورد را شامل میشد. پوششهای سنتی تقریباً بلافاصله دچار افت عملکرد شدند. در مقابل، سطوح MISH، بهویژه نمونههایی با لایه عایق ضخیمتر، بیش از ۸۰ ساعت معادل حدود ۱ میلیون برخورد، خاصیت دفع آب را حفظ کردند و سپس به تدریج دچار افت کیفیت شدند.
به منظور اثبات قابلیت مقیاسپذیری این مفهوم خارج از آزمایشگاه، تیم تحقیقاتی پوشش را بر روی صفحات فلزی بزرگ، لولههای خمیده و مایعات معمولی نزدیک به فضای آشپزخانه، مانند شیر داغ، قهوه و حتی سوپ نخود فرنگی اعمال کرد. این مایعات بر روی سطوح تحت درمان با MISH کمتر از ۱ درصد باقیمانده بر جا گذاشتند، در صورتی که همین مایعات روی پوششهای استاندارد بیش از ۳۱ درصد باقیمانده ایجاد کردند.
پرستون اعلام کرد که کاربردهای بالقوه این رویکرد بسیار هیجانانگیز است و با این حال همچنان امکان بهبود بیشتری وجود دارد. این تیم در حال بررسی لایههای رویی بادوامتر و پایدارتر از نظر حرارتی و همچنین معماریهای پوششی فراتر از روشهای ساده اسپریکردنی است. این مطالعه در نشریه ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است.