211service.com
Vattenavvisande metaller
Forskare vid GE har kommit på ett sätt att behandla metaller så att de stöter bort vatten. Den extrema vattenavvisande egenskapen, kallad superhydrofobicitet, gör att vatten bildar droppar på ytan istället för att spridas och fastna på det.
Håller sig torr: En kemiskt behandlad plastyta är grov på nanoskalan, vilket tvingar vattendroppar att bilda pärlor som kan rulla av. GE-forskare har nu gjort samma sak med metall.
Förskottet bygger på tidigare arbete som kom från GE:s Global Research Center i Niskayuna, NY. För två år sedan visade forskare att de kunde göra Lexan – en allmänt använd plast som används för att skapa CD-skivor, iPods, vindrutor för flygplan och bilstrålkastare – vattenavvisande. De gjorde detta genom att kemiskt behandla ytan för att göra den grov. Forskarna har nu visat samma effekt på metallytor.
Många andra superhydrofoba material har visats, men de flesta har använt någon form av plast. Superhydrofoba metaller öppnar upp för många nya tillämpningar, säger Jeffrey Youngblood , professor i materialteknik vid Purdue University. Metalliska strukturer är mer robusta och kan överleva i tuffare miljöer, vilket möjliggör användning i applikationer där plast är omöjligt, [som i] flyg, tåg, bilar, tunga maskiner och motorer, säger Youngblood.
GE har några idéer om hur man använder materialen. En möjlighet är att avisning av flygplan. Isbildning på motorer på grund av kondens kan vara katastrofalt. Just nu använder flygplan värme för att förhindra is, vilket kräver ström. Avisning på marken görs under tiden med avisningsvätskor, som innehåller giftiga kemikalier; att spruta flygplan med avisningsvätskor på marken tar också mycket tid. Det skulle vara mycket önskvärt om vi kunde … bara kunna ha ett material där isen inte fastnade, säger Margaret Blohm, avancerad teknologiledare för nanoteknikprogrammet vid GE:s Global Research Center.
En annan tillämpning för metallerna kan vara i gas- och ångturbiner. De superhydrofoba metallerna kan minska uppbyggnaden av fukt och föroreningar på turbinerna, öka deras effektivitet och kräva färre avstängningar för underhåll.
GE-forskare har inte publicerat sitt arbete, och de vägrade att avslöja mycket om sina forskningsresultat. Men de säger att deras inspiration kommer från lotusväxtblad, som har en nanokristallin vaxstruktur. På bladets yta finns små vaxkristaller tiotals nanometer breda, som håller vattendroppar som nästan perfekt sfäriska pärlor.
Blohm säger att teamet leker med två olika metoder för att tillverka metallerna. En är att strukturera metallytan och sedan lägga en vattenavvisande kemisk beläggning på den. Den andra metoden är att lämna metallytan orörd och strukturera själva beläggningen. Tekniken är mycket generell och bör fungera med metaller som för närvarande används för motorer och turbiner, såsom titanlegeringar.
Materialets robusthet kommer att vara nyckeln på grund av de högpresterande applikationer som GE siktar på, säger Gareth McKinley , en mekanisk ingenjörsprofessor vid MIT. Han tror att av de två olika tillvägagångssätten för att göra den superhydrofoba metallen, skulle förändring av själva materialytan hålla längre. Med en beläggning, säger han, finns det en möjlighet att den kommer att lossna eller flagna. Så något som är inneboende i materialet kommer att vara mer robust.
Blohm säger att båda tillvägagångssätten – att rugga upp metallen eller belägga den med ett texturerat material – kan ha sina fördelar, beroende på hur materialet används. De flesta miljöer vi tittar på med metaller är ganska hårda, oavsett om det är temperatur, fukt, korrosion eller andra föroreningar, säger hon. Så i vissa applikationer kan du välja strukturerade metaller som kan vara mer robusta, men i andra kanske du vill att beläggningen ska ha prestanda med alternativ för att ersätta beläggningen.
Forskarna testar många olika modeller av superhydrofoba metaller. De pysslar med texturen på metallerna och beläggningarna för att se vad som fungerar bäst i vissa tuffa miljöer. Materialet skulle så småningom behöva skräddarsys efter applikationen, säger Blohm. Om vi mår bra av [ett material] – ett som vi vet som kan vara dyrare och kanske inte är tillräckligt robust för miljön, men vi ser prestanda i de modelltexturerna – så är det värt investeringen, säger hon. Sedan kommer vi att arbeta med att göra det tillverkningsbart och robust i en specifik miljö.