211service.com
En ny slags metasurface bruger solen til at rydde tågede skærme
Pixabay
Når et par briller dugger til, kan det være generende. Men når en bilrude eller en astronauts hjelm dugger, kan konsekvenserne være fatale. Derfor har biler og rumdragter deres egne klimaanlæg til at fjerne eller forhindre dug.
Men aircondition er dyrt, omfangsrigt og miljømæssigt uvenligt. Så ingeniører og materialeforskere er ivrige efter at finde en måde at forhindre dug på mere effektivt.
Indtast Christopher Walker og kolleger fra ETH i Zürich, Schweiz, som har designet et nyt materiale med egenskaber, der ikke ligner noget, der findes i den naturlige verden. Deres materiale - eller metaoverflade, for at give det dets rigtige navn - fanger stråling fra solen og bruger den til at brænde enhver kondens af eller forhindre den i at dannes i første omgang. Resultatet er en effektiv og relativt billig måde at tackle dette snigende problem på.
En metasurface er et materiale konstrueret til at have overfladeegenskaber, der ikke findes i naturen. De er ofte skabt ved hjælp af et gentaget mønster af mindre enheder, såsom nanopartikler.
I dette tilfælde skaber holdet deres overflade ved at dække en silicaplade med guldnanopartikler og forsegle dem på plads med et lag titaniumdioxid. De gentog derefter denne proces for at skabe flere lag.
Nanopartiklerne absorberer noget af det sollys, der rammer dem, og giver glasset en nuance. Men de opvarmes også, hvilket hæver glassets overfladetemperatur med op til 10 °C.
Det er nøglen til at forhindre dug. Varmen forhindrer enten vand i at kondensere eller får alt vand til at fordampe.
Et vigtigt spørgsmål er, om denne tilgang overgår konventionelle anti-dug-teknologier. Den mest almindelige af disse er at belægge glas i et superhydrofilt eller superhydrofobt materiale. Disse gør intet for at forhindre kondens, men de ændrer størrelsen og adfærden af de vanddråber, der dannes, og skaber ofte et kontinuerligt tyndt lag vand på overfladen.
For at finde ud af, hvordan metaoverfladen kan sammenlignes, satte holdet den mod en ubehandlet overflade og dem, der var belagt med superhydrofile og superhydrofobe materialer.
Resultaterne er overbevisende. Forskerne siger, at deres nye metaoverflade reducerer kondensationshastigheden betydeligt og øger fordampningshastigheden sammenlignet med andre materialer.
Og fordi guldnanopartiklerne er beskyttet af et titaniumoxidlag, er disse overflader også robuste. Vi mener, at denne forskning vil føre til mere robuste og forbedrede passive antidug- og afdugningsoverflader, siger de.
Det er interessant arbejde. Den nye metasurface er forholdsvis nem at lave og åbner vejen for storskalafremstilling på en lang række materialer som glas og polymerer. Denne tilgang ville resultere i betydelige præstationsgevinster for applikationer som vinduer, forruder, elektroniske skærme, kameraer, spejle og briller, siger de.
Naturligvis udnytter materialet sollys, hvilket rejser spørgsmålet om, hvordan det kan fungere om natten. Overfladen kan stadig tørres af eller renses med frisk luft. Men metaoverfladen rejser muligheden for andre mekanismer, såsom en kunstig kilde til belysning. I fremtiden kan anti-dug være lige så let som at tænde et lys.
Ref: arxiv.org/abs/1904.02534 : Transparente metaoverflader, der modvirker dug ved at udnytte sollys