Liên kết website
Thống kê truy cập
Đang trực tuyến : 5442
Tổng truy cập : 57,998

Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Vật liệu phỏng sinh học làm giảm lực cản cho chất lỏng (21/09/2018)

Một phương pháp không cần lớp phủ thân thiện với môi trường hiện đã được phát triển để làm cho bề mặt rắn không thấm nước. Đây là yếu tố rất quan trọng để vận chuyển khối lượng lớn chất lỏng qua các đường ống.

 

 

Ảnh: Vật liệu có thể được thiết kế để đẩy chất lỏng mà không cần lớp phủ khi được khắc bằng vi cấu trúc phỏng sinh học. 

 

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm khử mặn và tái sử dụng nước thuộc trường Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) đã thiết kế được các bề mặt lấy cảm hứng từ thiên nhiên, giúp giảm lực cản ma sát ở giao diện giữa bề mặt chất lỏng và đường ống.

 

Mạng lưới đường ống có mặt khắp nơi trong nhiều quy trình công nghiệp từ việc vận chuyển dầu thô và dầu tinh lọc cho đến tưới tiêu và khử mặn. Tuy nhiên, lực cản ma sát tại giao diện giữa chất lỏng và chất rắn làm giảm hiệu quả của các quy trình này.

 

Các phương pháp thông thường để giảm lực kéo chỉ dựa vào lớp phủ hóa học, thường bao gồm các hợp chất perfluorinated. Khi sử dụng cho các bề mặt thô ráp, các lớp phủ này có xu hướng bẫy khí tại giao diện chất lỏng - chất rắn, làm giảm tiếp xúc giữa bề mặt chất lỏng và chất rắn. Điều đó giúp tăng cường khả năng bề mặt đẩy cả chất lỏng chứa nước và dầu.

 

Himanshu Mishra, trưởng nhóm nghiên cứu cho rằng nếu lớp phủ bị hư hại, thì rắc rối nảy sinh và lưu ý rằng lớp phủ phân hủy trong điều kiện mài mòn và nhiệt độ cao. Vì vậy, nhóm nghiên cứu của Mishra đã phát triển bề mặt vi cấu trúc không cần lớp phủ để bẫy khí khi ngâm trong chất lỏng bằng cách mô phỏng lớp da của bọ đuôi bật hay Collembola, sinh vật giống côn trùng tìm thấy trong đất ẩm ướt. Các nhà khoa học đã nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm chế tạo nano của KAUST để khắc các lỗ siêu nhỏ với các cạnh có hình nấm trên bề mặt silica trơn.

 

"Thông qua cấu trúc mới, chúng tôi có thể hút khí bên dưới chất lỏng trong thời gian dài mà không cần lớp phủ", đồng tác giả Sankara Arunachalam nói. Không giống như các khoang hình trụ đơn giản được làm đầy trong vòng chưa đến 0,1 giây khi ngâm trong dung môi hexadecane, các khoang phỏng sinh học giữ lại khí bị mắc kẹt trong hơn 10.000.000 giây.

 

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng áp suất hơi của các chất lỏng ảnh hưởng đến bẫy khí này. Đối với các chất lỏng áp suất hơi thấp như hexadecane, khí bị giữ lại còn nguyên vẹn trong nhiều tháng. Đối với các chất lỏng có áp suất hơi cao hơn như nước, sự ngưng tụ của mao dẫn bên trong các khoang làm gián đoạn khả năng bẫy khí về lâu dài.

 

Dựa vào các nguyên tắc thiết kế này, các nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp có khả năng mở rộng để tạo ra các khoang hình nấm cho các vật liệu rẻ tiền như polyethylene terephthalate, để giảm lực cản ma sát và khử mặn. "Nghiên cứu này đã mở ra một số hướng đi thú vị cho nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng", Mishra kết luận.

 

Nguồn: N.T.T (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 21/9/2018