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麻省理工学院开发的工程表面处理可以减少浪费并提高许多工艺的效率
2019年04月23日    阅读量:14783    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

麻省理工学院的分析人员已经克服了从瓶子中取出番茄酱的问题,现在已经解决了一个全新的购物者和制造业的问题:如何获得更多厚度供应的提示,以防止粘连或变形。


劳动力所开发的光滑涂层(称为液体浸渍表面)可能具有相当多的优点,同时消除了由于粘附在加工齿轮内部的材料而导致的制造浪费。它们还可以提高从面包到处方药的商品标准,甚至可以提高循环电池的效率,这是一种快速增长的专有技术,可以通过为生成的电能提供廉价的存储来帮助培养可再生能源涂料在线coatingol.com


这些表面主要基于最初开发用于帮助膳食,化妆品和不同粘性液体滑出容器的想法,如麻省理工学院机械工程教授Kripa Varanasi和前大学生Leonid Rapoport博士18和Brian Solomon PhD '16。这项新工作在ACS Applied Materials and Interfaces期刊中有所描述。


就像他们开发的表面越早,这导致了衍生公司LiquiGlide的诞生,全新的表面主要基于特殊纹理表面和液体润滑剂的混合物,涂层表面并通过毛细管运动和与这种界面相关的不同分子间力。这篇新论文解释了元素设计理念,这些理念可以为这些凝胶状流体获得近100%的摩擦折扣。


需要挤压


这种供应,通常称为屈服应力流体,以及凝胶和糊剂,是普遍存在的。它们可以在购物者商品中发现,类似于膳食,调味品和化妆品,以及电力和处方药行业的商品。与水和油类似的不同流体不同,这些物品不会开始自行循环,即使它们的容器转向错误。开始循环需要输入动力,类似于挤压容器。


但这种挤压有其个人成果。例如,面包制作设备通常包含刮刀,该刮刀总是将粘性面团推离容器的边缘,然而固定的刮擦可能导致过度捏合和更密集的面包。瓦拉纳西说,一个不需要刮擦的光滑容器可能会产生口感更好的面包。通过使用这种方法,“除了从容器中取出所有东西之外,您现在可以添加更高质量”的随后产品。


他说,这可能不是面包所担心的地方,不过它对处方药有好感。使用机械刮刀通过混合罐和管道推进药物供应可以侵入药物的有效性,因为所关注的剪切力会损害药物中的蛋白质和不同的活泼化合物。


通过使用全新的涂料,在某些情况下,可以达到织物经历的阻力100%的折扣 - 相当于“无限滑动”,瓦拉纳西说。


“一般而言,表面是促成因素,”Rapoport说。“例如,超疏水表面可以使水容易滚动,但并非所有流体都能滚动。我们的表面使流体能够以更适合它们的方式移动 - 无论是滚动还是滑动。此外我们发现了屈服应力流体可以在我们的表面上移动而不会剪切,基本上像固体一样滑动。当你想要在加工时保持这些材料的完整性时,这是非常重要的。“


就像瓦拉纳西和他的合作者创造的更快的滑表面模型一样,全新的开始是通过在表面上蚀刻一系列精心隔开的柱子或隔板,或者通过机械研磨凹槽或凹坑来制作纳米级纹理的表面。随之而来的纹理被设计成具有如此微小的选择,即毛细管运动 - 相同的过程使得灌木通过树皮下方的微小开口吸引水与其最高分支一样多 - 可以起到携带液体的作用,类似于润滑油,在表面上的位置。作为最终结果,具有这种类型衬里的容器内的任何材料基本上仅与润滑液接触,并且作为粘附到稳定容器壁的替代方案适当地滑动。


本文中描述的新工作详细介绍了研究人员在这里提出的想法,以便为任何特定软件的特定混合物提供最佳的表面纹理,润滑材料和制造过程。


帮助电池循环


全新涂料的另一个重要软件是快速增长的专有技术,称为循环电池。在这些电池中,稳定的电极由悬浮在液体中的微小颗粒的浆液改变,这有利于通过包括更大的罐可以随时提高电池的能力。但是这种电池的效率可能受到循环电荷的限制。


使用全新的光滑涂层可以大大提高这种电池的整体效率,而瓦拉纳西则与麻省理工学院的教授Gareth McKinley和Yet-Ming Chiang共同努力,发展了由所罗门和陈氏实验室前博士后陈伟伟领导的这样一个系统。


这些涂层可能解决了循环电池设计者所面临的难题,因为他们想要在浆料中添加碳以改善其导电性,但是碳还使浆料更厚并干扰其运动,瓦拉纳西说,导致“流动电池无法流动”。


“先前的液流电池需要权衡,因为随着你添加更多的碳颗粒,浆料变得更具导电性,但它也变得更厚,更难以流动,”所罗门说。“使用光滑的表面可以让我们通过允许流动厚厚的屈服应力浆料来实现两全其美。”


改进的系统允许使用循环电极配方,与使用传统表面相比,其能力提高了四倍,机械能节省了86%。这些结果最近在ACS应用能源材料杂志上有所描述。


“除了制造包含光滑表面的液流电池装置外,我们还为其电化学,化学和热力学稳定性制定了设计标准,”Solomon解释说。“用于液流电池的工程表面开辟了一个全新的应用分支,可以帮助满足未来的能源存储需求。”


该分析是通过联合中心储能支持研究,一个能源研究中心由美国能源署资助,并通过可持续发展研究员的马丁小康社会。


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