De Condensatoren zijn een essentieel deel van systemen de van vandaag van de machtsgeneratie: Ongeveer 80 percent van alle krachtcentrales van de wereld gebruikt hen om stoom terug naar water te draaien nadat het uit de turbines komt die generators draaien. Zij zijn ook een zeer belangrijk element in ontziltingsinstallaties, een snelgroeiende medewerker aan de levering van de wereld van zoet water. Nu, houdt een nieuwe oppervlaktearchitectuur die door onderzoekers bij MIT wordt ontworpen de belofte van beduidend het opvoeren van de prestaties van dergelijke condensatoren in.
Het onderzoek wordt in een document beschreven dat enkel online in het Nano dagboek ACS door MIT postdoc Sushant Anand wordt gepubliceerd; Kripa Varanasi, de Verwante Professor Doherty van OceaanGebruik; en behaal student Adam Paxson een diploma, postdoc Rajeev Dhiman en onderzoekfiliaal Dave Smith, het onderzoeksteam van elk van Varanasi bij MIT.
De sleutel tot de betere hydrophobic (water-afwerpende) oppervlakte is een combinatie van het microscopische vormen - een oppervlakte die met uiterst kleine builen wordt behandeld of post enkel 10 micrometers (miljoensten van een meter) overdwars, over de grootte van een rode bloedcel - en een deklaag van een smeermiddel, zoals olie. De uiterst kleine ruimten tussen de posten houden op zijn plaats de olie door capillaire actie, vonden de onderzoekers.
Het team ontdekte dat de druppeltjes van water het condenseren op deze oppervlakte sneller 10.000 keer dan op oppervlakten met enkel het hydrophobic vormen bewogen. De snelheid van deze druppeltjemotie is zeer belangrijk aan het toestaan van de druppeltjes om van de oppervlakte te vallen zodat nieuwe degenen zich kunnen vormen, verhogend de efficiency van hitteoverdracht in een krachtcentralecondensator, of het tarief van waterproductie in een ontziltingsinstallatie.
Met deze nieuwe behandeling, de "dalingen kunnen op de oppervlakte glijden," Varanasi zegt, drijvend als pucks op een lucht-hockey lijst en kijkend als het hangen UFO - een gedrag Varanasi zegt hij nooit in een meer dan decennium van het werk aangaande hydrophobic oppervlakten heeft gezien. "Dit zijn enkel gekke snelheden."
De vereiste hoeveelheid smeermiddel is minimaal: Het vormt een film, en door de posten op zijn plaats veilig gespeld. Om Het Even Welk smeermiddel dat wordt verloren wordt gemakkelijk vervangen van een klein reservoir bij de rand van de oppervlakte. Het smeermiddel kan worden ontworpen om dergelijke lage dampdruk te hebben die, Varanasi zegt, "U kan het in een vacuüm zelfs zetten, en het zal niet." verdampen
Een Ander voordeel van het nieuwe systeem is dat het niet van enige bepaalde configuratie van de uiterst kleine texturen op de oppervlakte afhangt, zolang zij over de juiste afmetingen hebben. "Het kan gemakkelijk worden vervaardigd," Varanasi zegt. Nadat de oppervlakte geweven is, kan het materiaal mechanisch worden teruggetrokken in het smeermiddel worden ondergedompeld en; het grootste deel van het smeermiddel voert eenvoudig af, en "slechts wordt de vloeistof in de holten gehouden binnen door capillaire krachten," Anand zegt. Omdat de deklaag zo dun is, zegt hij, neemt het slechts over een kwart aan een helft-theelepeltje van smeermiddel om een vierkante werf van het materiaal met een laag te bedekken. Het smeermiddel kan de onderliggende metaaloppervlakte tegen corrosie ook beschermen.
Varanasi plant verder onderzoek precies te kwantificeren hoeveel verbetering door de nieuwe techniek in krachtcentrales te gebruiken mogelijk is. Omdat de stoom-aangedreven turbines in de de fossiele brandstofkrachtcentrales van de wereld alomtegenwoordig zijn, zegt hij, "zelfs als het 1 percent bewaart, dat" in zijn potentieel effect op globale emissies van broeikasgassen reusachtig is.
De nieuwe benaderingswerken met een grote verscheidenheid van oppervlaktetexturen en smeermiddelen, de onderzoekers zeggen; zij zijn van plan om aan de gang zijnde onderzoek te concentreren bij het vinden van optimale combinaties voor kosten en duurzaamheid. "Er is heel wat wetenschap in hoe u deze vloeistoffen en texturen ontwerpt," Varanasi zegt.
Dat het verdere onderzoek door een nieuwe techniek Varanasi zal heeft ontwikkeld zich in samenwerking met onderzoekers met inbegrip van Konrad Rykaczewski, een wetenschappelijk onderzoeker MIT die momenteel bij het Nationale Instituut van Normen en Technologie (NIST) wordt gebaseerd in Gaithersberg, Md., samen met Leurder John Henry Scott en Marlon van NIST en Trevan Landin van FEI Company worden geholpen. Die techniek wordt in een afzonderlijk document beschreven ook dat enkel in Nano ACS wordt gepubliceerd.
Voor het eerst, verkrijgt deze nieuwe techniek directe, gedetailleerde beelden van de interface tussen een oppervlakte en een vloeistof, zoals druppeltjes die op het condenseren. Normaal, dat omzet - de sleutel tot het begrip van het nat maken en water-afwerpende processen - wordt verborgen van mening door de druppeltjes zelf, verklaart Varanasi, zich zo heeft de meeste analyse bij computer de modellering gebaseerd. In het nieuwe proces, zijn de druppeltjes op zijn plaats snel bevroren, gesneden, en toen imaged op de oppervlakte in dwarsdoorsnede met een ionenstraal gebruikend een aftastenelektronenmicroscoop.
De "methode baseert zich bij het bewaren van de meetkunde van de steekproeven door het snelle bevriezen in vloeibaar-stikstofsneeuwbrij bij minus 210 graden van Celsius [minus 346 graden van Fahrenheit]," Rykaczewski zegt. Het "bevriezende tarief is zo snel (ongeveer 20.000 graden van Celsius per seconde) dat water geeft en andere vloeistoffen niet crystalize, en hun meetkunde." wordt bewaard
De techniek zou kunnen worden gebruikt om vele verschillende interactie tussen vloeistoffen of gassen te bestuderen en de stevige oppervlakten, Varanasi zegt. "Het is een volledig nieuwe techniek. Voor het eerst, kunnen wij deze details van deze oppervlakten zien."
Het verbeterde condensatieonderzoek ontving financiering van de Nationale Stichting van de Wetenschap (NSF), het programma van het Initiatief van de Energie masdar-MIT, en het Centrum MIT Deshpande. Het directe weergaveonderzoek gebruikte faciliteiten NIST, met financiering van een toelage NSF en Dupont-MIT Alliance.
Bron: MIT