@ 2021.05.05 , 15:22

盐晶体在疏水表面上长出了“腿”

据估计,在工业体系里,盐和其他可溶解的矿物质沉积在机器管道内,所造成的损失,占工业化国家生产总值0.25%。盐垢降低了多种工业流程的效率,并需要采取昂贵的处理手段。现在,麻省理工学院的最新研究,找出了减少盐垢新方法,甚至有可能把晶体废料变成可销售的产品。

麻省理工学院的Samantha McBride博士和Henri-Louis Girard博士,与机械工程教授Kripa Varanasi合作完成了研究。前天发表在《科学进展》上。

研究表面结晶的方式时,他们意外发现了一种奇怪的现象:沉淀的盐类会在液滴周围形成一个部分球形的外壳。出乎意料的是,这个壳随后会在蒸发过程中生长出的一组骨干腿状物。这个过程反复产生了多腿的形状,类似于大象和其他动物,或者说科幻电影里的机器人。研究人员在标题中把这些形态称为 "盐晶动物"。

经过许多实验和缜密分析,研究团队确定了晶体长出腿的机制。他们还展示了这些突出物如何根据温度和疏水表面的性质而变化。

他们发现,支撑这些盐晶动物的窄腿从底部向上生长,因为咸水向下流过吸管状的腿,并在底部沉淀出来,有点像一个正在生长的冰柱,只是在其顶端平衡。最终,腿变得如此之长,以至于无法支撑盐晶动物的重量,团盐晶体就会断裂并掉落。

Varanasi说,这项工作的动机是希望限制或防止晶体在如管道内部的表面结垢,因为可能会导致堵塞。他说:"Samantha的实验显示了有趣的后果,水垢几乎是自己蹦出来的。"

"这些腿是空心管,液体通过这些管子被漏下去。一旦到达底部并开始蒸发,就会形成新的晶体,不断增加管子的长度。" McBride说。"最后,基底和晶体之间的接触非常、非常有限,以至于晶体球会自己滚走。"

McBride回忆说,作为她博士论文的一部分,在做最初的实验时,"我们猜测这种特殊的疏水表面可以避免氯化钠的粘附,但我们不知道盐块可以直接脱落"。

她发现,关键是表面上图案的确切规模。虽然许多不同规格的纹理都可以产生疏水表面,但只有纳米尺度的图案才能达到这种自除垢的效果。

斥水纹理可以很容易地通过蚀刻、研磨或涂层产生。在海洋环境或暴露在海水中的各种金属结构都会受到结垢和腐蚀。研究人员说,这些发现也可能促成结垢和腐蚀机制的新研究方法。

参考 https://news.mit.edu/2021/salt-metal-surfaces-0428


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (18)