Tədqiqatçılar kondensasiya istilik ötürmə performansını ənənəvi mis səthlərlə müqayisədə 5,5 dəfə artıra bilən yeni bir səth örtüyü hazırlayıblar. Texnologiya su damcılarının daha asan əmələ gəlməsinə və daha tez ayrılmasına kömək etməklə işləyir ki, bu da elektrik stansiyalarında və duzsuzlaşdırma qurğularında enerji səmərəliliyini artıra, eyni zamanda elektron cihazların soyumasını da artıra bilər.

KAIST (Prezident Çunqsik Bae) 23 avqustda elan etdi ki, Mexanika Mühəndisliyi kafedrasından professor Youngsuk Nam və Kimya və Biomolekulyar Mühəndislik kafedrasından professor Sung Gap İmin rəhbərlik etdiyi birgə komanda ultra nazik polimer örtüyünün qalınlığını və strukturunu diqqətlə idarə etməklə texnologiyanı yaradıb. Örtük su buxarı kondensasiya etdikcə daha çox damcı əmələ gəlməsini təşviq etməklə yanaşı, həmin damcıların səthdən çıxmasını da asanlaşdırır.

Kondensasiyanın İstilik Ötürülməsi üçün Əhəmiyyəti Nədir?

Kondensasiya su buxarı maye suya çevrildikdə baş verir. Buna tanış bir nümunə soyuq içkinin xaricində görünən damcı təbəqəsidir. Sənayedə kondensasiya elektrik stansiyalarında buxarın yenidən suya çevrilməsində, dəniz suyundan təmiz su istehsalında və elektron avadanlıqlardan istiliyin daşınmasında mühüm rol oynayır.

Bu sistemlərin səmərəli işləməsi üçün kondensasiya olunmuş su səthdən tez bir zamanda təmizlənməlidir. Adi metal səthlərdə kiçik damcılar tez-tez davamlı su təbəqəsinə birləşir. Həmin təbəqə istilik axınına əlavə maneə rolunu oynayır və qış geyimlərinin bir neçə qatının bədəndən istiliyin hərəkətini yavaşlatması kimi istilik ötürmə səmərəliliyini azaldır.

Daha səmərəli bir proses, su dəfələrlə əmələ gələn və ayrılan fərdi damcılarda qaldıqda baş verir. Bu davranışa damcı kondensasiyası deyilir . Damcılar davamlı bir təbəqə yaratmaq əvəzinə, səthin təzə sahələri dəfələrlə açıq qalır və bu da istiliyin səthdən daha effektiv şəkildə keçməsinə imkan verir.

Damlanın əmələ gəlməsi və çıxarılması arasındakı güzəşt

Əvvəlki səth dizaynları mühüm bir məhdudiyyətlə mübarizə aparırdı. Kobud səthlər damcıların əmələ gəlməsi üçün daha çox yer təmin edir, lakin eyni strukturlar damcıları tuta və onları çıxarmağı çətinləşdirə bilər. Daha hamar səthlər damcıların daha asan sürüşməsinə və ya ayrılmasına imkan verir, lakin yeni damcıların əmələ gələ biləcəyi daha az yer təmin edir.

Bu, nüvələşmə, damcıların ilkin əmələ gəlməsi və damcı hərəkətliliyi arasında əsas güzəşt yaradır.

Tədqiqatçılar bu problemi əvvəllər polimer örtüklərində istənməyən “qüsurlar” kimi qəbul edilmiş nanoölçülü polimer aqreqatlarından istifadə etməklə həll etdilər. Onlar örtüyü başlanğıc kimyəvi buxar çöküntüsü (iCVD) istifadə edərək istehsal etdilər. Bu üsul qaz fazalı prekursorları səthə yerləşdirərək son dərəcə nazik polimer təbəqəsi əmələ gətirir.

Tədqiqatçılar polimer təbəqəsini daha incə etdikdə, səthdə bir çox kiçik polimer aqreqatları peyda oldu. Komanda bu strukturları çıxarmaq əvəzinə, onları su damcılarının əmələ gəlməyə başlaya biləcəyi nüvələşmə yerləri kimi istifadə etdi. Nazik polimer təbəqələri daha qalın təbəqələrdən təxminən üç dəfə çox damcı istehsal etdi.

Damcıların əmələ gəlməsinə və daha sürətli çıxmasına kömək edir

Daha sonra komanda damcıları örtüklü səthdə saxlayan qüvvəni zəiflədən istilik emalı tətbiq etdi. Bu, damcıların daha asan ayrılmasına imkan verdi, çox vaxt çox böyüyə bilmədən.

İki düzəliş kondensasiya prosesinin müxtəlif hissələrini əhatə etdi. Polimer təbəqəsinin qalınlığının azaldılması damcıların əmələ gələ biləcəyi yerlərin sayını artırdı, istilik müalicəsi isə həmin damcıların səthdən çıxmasını asanlaşdırdı. Bu təsirləri ayrıca idarə etməklə tədqiqatçılar daha çox damcı yaratmaqla onları tez bir zamanda aradan qaldırmaq arasındakı adi münaqişəni aradan qaldıra bildilər.

Bir damcı çıxdıqdan sonra, yeni açılan yerdə başqa bir damcı əmələ gələ bilər. Bu proses, kimsə ayağa qalxan kimi boş bir yerin doldurulmasına bənzəyir. Damcılar nə qədər tez-tez peyda olub gedərsə, səth bir o qədər tez-tez təzələnir və istiliyin daha səmərəli şəkildə keçməsinə imkan verir.

İstilik ötürmə performansı 5,5 dəfəyə qədər artırıldı

Texnologiyanı real həyatda tətbiq olunanlara daha yaxın şərtlərdə sınaqdan keçirmək üçün tədqiqatçılar polimer örtüyünü kondensatorlarda geniş istifadə olunan mis borulara tətbiq etdilər.

Səthin istilik ötürmə qabiliyyətini ölçən maksimum kondensasiya istilik ötürmə əmsalı təxminən 88 kVt·m ^-2 ·K ^-1- ə çatdı . Bu, su təbəqəsi ilə örtülmüş adi mis səthindən təxminən 5,5 dəfə çox istilik ötürmə performansını təmsil edirdi.

Yeni örtük həmçinin ənənəvi hidrofob örtük səthindən 50%-dən çox daha yaxşı performans göstərib.

Tədqiqatçılar yalnız hamar və ya su itələyən səthlərə etibar etmək əvəzinə, bilərəkdən kiçik səth “qüsurlarından” istifadə etdilər. Onların nəticələri göstərdi ki, əvvəllər aradan qaldırılmalı qüsurlar kimi qəbul edilən nanoskal hissəciklər damcı əmələ gəlməsi üçün faydalı yerlər təmin edə bilər. Bu tapıntı komandanı kondensasiya səthlərinin dizaynı üçün yeni bir strategiyaya gətirib çıxardı.

Enerji, Su və Elektronikada Potensial İstifadələr

Əgər örtük elektrik stansiyalarında və ya sənaye istilik dəyişdiricilərində tətbiq oluna bilərsə, istiliyin daha effektiv şəkildə hərəkət etməsinə imkan verərək enerji səmərəliliyini artıra bilər. Texnologiya həmçinin duzsuzlaşdırma və su toplama cihazlarında suyun toplanmasını yaxşılaşdıra bilər, daha sürətli istiliyin çıxarılması isə elektron avadanlıqlar üçün daha yaxşı soyutma təmin edə bilər.

Professor Nam dedi: “Bu tədqiqat mənalıdır, çünki əvvəllər qüsur hesab edilən nanostrukturlardan damcıların əmələ gəlməsinə kömək edən xüsusiyyətlər kimi istifadə olunur. Biz damcıların əmələ gəlməsini və çıxarılmasını ayrıca idarə etməklə istilik ötürmə səmərəliliyini artırmaq üçün yeni bir metod təqdim etdik.”

O əlavə etdi: “Bu texnologiya hətta mürəkkəb formalı səthlərdə belə son dərəcə nazik, vahid örtüklər yarada bildiyindən, onun sənaye istilik dəyişdiriciləri də daxil olmaqla müxtəlif enerji və ətraf mühit tətbiqlərində istifadə olunmasını gözləyirik.”

Mexanika Mühəndisliyi şöbəsinin tədqiqatçısı Jun Soo Kim və Kimya və Biomolekulyar Mühəndislik şöbəsinin tədqiqatçısı Minjeong Kang ilk müəlliflər kimi tədqiqatın həmmüəllifləri olublar. Nəticələr 16 iyulda beynəlxalq Nature Communications jurnalında onlayn dərc edilib.

Bu tədqiqat Orta Karyera Tədqiqatçısı Proqramı (Elm və İKT Nazirliyi və Koreya Milli Tədqiqat Fondu), KOBİ Texnologiya İnnovasiya İnkişaf Proqramı (KOBİ və Startaplar Nazirliyi və KOBİ-lər üçün Koreya Texnologiya və İnformasiya Təşviqi Agentliyi) və Dərin Texnologiyalı Startapların Aktivləşdirilməsinə Dəstək Proqramı (Elm və İKT Nazirliyi və Tədqiqat və İnkişaf Nəticələri üzrə Kommersiyalaşdırmanın Təşviqi Agentliyi, COMPA) tərəfindən dəstəklənib.