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麻省理工學院開發的工程表面處理可以減少浪費并提高許多工藝的效率
2019年04月23日    閱讀量:21083    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

麻省理工學院的分析人員已經克服了從瓶子中取出番茄醬的問題,現在已經解決了一個全新的購物者和制造業的問題:如何獲得更多厚度供應的提示,以防止粘連或變形。


勞動力所開發的光滑涂層(稱為液體浸漬表面)可能具有相當多的優點,同時消除了由于粘附在加工齒輪內部的材料而導致的制造浪費。它們還可以提高從面包到處方藥的商品標準,甚至可以提高循環電池的效率,這是一種快速增長的專有技術,可以通過為生成的電能提供廉價的存儲來幫助培養可再生能源涂料在線coatingol.com


這些表面主要基于最初開發用于幫助膳食,化妝品和不同粘性液體滑出容器的想法,如麻省理工學院機械工程教授Kripa Varanasi和前大學生Leonid Rapoport博士18和Brian Solomon PhD '16。這項新工作在ACS Applied Materials and Interfaces期刊中有所描述。


就像他們開發的表面越早,這導致了衍生公司LiquiGlide的誕生,全新的表面主要基于特殊紋理表面和液體潤滑劑的混合物,涂層表面并通過毛細管運動和與這種界面相關的不同分子間力。這篇新論文解釋了元素設計理念,這些理念可以為這些凝膠狀流體獲得近100%的摩擦折扣。


需要擠壓


這種供應,通常稱為屈服應力流體,以及凝膠和糊劑,是普遍存在的。它們可以在購物者商品中發現,類似于膳食,調味品和化妝品,以及電力和處方藥行業的商品。與水和油類似的不同流體不同,這些物品不會開始自行循環,即使它們的容器轉向錯誤。開始循環需要輸入動力,類似于擠壓容器。


但這種擠壓有其個人成果。例如,面包制作設備通常包含刮刀,該刮刀總是將粘性面團推離容器的邊緣,然而固定的刮擦可能導致過度捏合和更密集的面包。瓦拉納西說,一個不需要刮擦的光滑容器可能會產生口感更好的面包。通過使用這種方法,“除了從容器中取出所有東西之外,您現在可以添加更高質量”的隨后產品。


他說,這可能不是面包所擔心的地方,不過它對處方藥有好感。使用機械刮刀通過混合罐和管道推進藥物供應可以侵入藥物的有效性,因為所關注的剪切力會損害藥物中的蛋白質和不同的活潑化合物。


通過使用全新的涂料,在某些情況下,可以達到織物經歷的阻力100%的折扣 - 相當于“無限滑動”,瓦拉納西說。


“一般而言,表面是促成因素,”Rapoport說。“例如,超疏水表面可以使水容易滾動,但并非所有流體都能滾動。我們的表面使流體能夠以更適合它們的方式移動 - 無論是滾動還是滑動。此外我們發現了屈服應力流體可以在我們的表面上移動而不會剪切,基本上像固體一樣滑動。當你想要在加工時保持這些材料的完整性時,這是非常重要的。“


就像瓦拉納西和他的合作者創造的更快的滑表面模型一樣,全新的開始是通過在表面上蝕刻一系列精心隔開的柱子或隔板,或者通過機械研磨凹槽或凹坑來制作納米級紋理的表面。隨之而來的紋理被設計成具有如此微小的選擇,即毛細管運動 - 相同的過程使得灌木通過樹皮下方的微小開口吸引水與其最高分支一樣多 - 可以起到攜帶液體的作用,類似于潤滑油,在表面上的位置。作為最終結果,具有這種類型襯里的容器內的任何材料基本上僅與潤滑液接觸,并且作為粘附到穩定容器壁的替代方案適當地滑動。


本文中描述的新工作詳細介紹了研究人員在這里提出的想法,以便為任何特定軟件的特定混合物提供最佳的表面紋理,潤滑材料和制造過程。


幫助電池循環


全新涂料的另一個重要軟件是快速增長的專有技術,稱為循環電池。在這些電池中,穩定的電極由懸浮在液體中的微小顆粒的漿液改變,這有利于通過包括更大的罐可以隨時提高電池的能力。但是這種電池的效率可能受到循環電荷的限制。


使用全新的光滑涂層可以大大提高這種電池的整體效率,而瓦拉納西則與麻省理工學院的教授Gareth McKinley和Yet-Ming Chiang共同努力,發展了由所羅門和陳氏實驗室前博士后陳偉偉領導的這樣一個系統。


這些涂層可能解決了循環電池設計者所面臨的難題,因為他們想要在漿料中添加碳以改善其導電性,但是碳還使漿料更厚并干擾其運動,瓦拉納西說,導致“流動電池無法流動”。


“先前的液流電池需要權衡,因為隨著你添加更多的碳顆粒,漿料變得更具導電性,但它也變得更厚,更難以流動,”所羅門說。“使用光滑的表面可以讓我們通過允許流動厚厚的屈服應力漿料來實現兩全其美。”


改進的系統允許使用循環電極配方,與使用傳統表面相比,其能力提高了四倍,機械能節省了86%。這些結果最近在ACS應用能源材料雜志上有所描述。


“除了制造包含光滑表面的液流電池裝置外,我們還為其電化學,化學和熱力學穩定性制定了設計標準,”Solomon解釋說。“用于液流電池的工程表面開辟了一個全新的應用分支,可以幫助滿足未來的能源存儲需求。”


該分析是通過聯合中心儲能支持研究,一個能源研究中心由美國能源署資助,并通過可持續發展研究員的馬丁小康社會。


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