Конструкционные бифильные материалы для систем охлаждения сильно нагревающегося в процессе работы оборудования разрабатывают ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 14 сентября сообщает пресс-служба вуза.

Особенность созданного в ТПУ метода в том, что они могут управлять функциональными свойствами конечного изделия, что позволяет им значительно повышать эффективность испарения жидкости с его поверхности, то есть эффективнее охлаждать оборудование.

Добиться этого эффекта ученым позволил разработанный ими метод на основе лазерной обработки поверхности изделия. При этом поверхность металлов, модифицированная лазерным излучением, становится также более устойчивой к коррозии и износу.

Материалы, поверхности которых обладают одновременно супергидрофильными/гидрофильными и супергидрофобными/гидрофобными свойствами, называются бифильными.

Доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Феоктистов рассказал о задаче, которую они решали в проекте:

«Известно достаточно много методов и подходов создания супергидрофобных, супергидрофильных и бифильных конструкционных материалов. Но большинство из них дорогие в реализации и не масштабируемы к деталям, технологическим поверхностям реально действующих установок. Кроме того, их свойства не долговечны. Для решения этой задачи мы создали свой уникальный подход на основе лазерной обработки».

Вместе с сотрудниками Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов над проектом работают ученые Инженерной школы энергетики ТПУ. Бифильный материал они создают с помощью лазерного текстурирования и лазерного химического модифицирования поверхности изделия.

Ученые формируют на приповерхностном слое материала с помощью наносекундного лазера в микрометровом масштабе заданную текстуру, после чего очищают изделие в ультразвуковой ванне и придают поверхности супергидрофобные свойства. Далее на полученный материал с помощью лазера наносятся элементы текстуры, придающие ему уже супергидрофильные свойства.

«Мы разработали подход, позволяющий прогнозировать формируемую лазерным излучением конфигурацию текстуры на обрабатываемой поверхности, например, микростолбики или микроканалы. После чего определенным участкам поверхности мы придаем необходимые свойства смачивания (супергидрофильные или супергидрофобные)», — пояснила Евгения Орлова, руководитель проекта, доцент научно-образовательного центра И. Н. Бутакова.

Бифильные материалы ученые изготавливали из алюминиево-магниевых сплавов. Испытания полученных материалов они проводили, имитируя работу спрейной системы охлаждения оборудования в энергетике, являющейся одной из наиболее эффективных.

Исследовался процесс кипения и испарения жидкости на созданных поверхностях. Ученые определяли, как и в каком направлении растекается жидкость, какую при этом занимает площадь и с какой скоростью испаряется. Также измерялась скорость конвективных потоков в жидкости, их направление и другие параметры процесса.

Результаты исследования доказали, что новый метод модификации поверхности лазером позволяет в разы увеличить эффективность испарения теплоносителя с поверхности изделия.

Создание бифильных материалов учеными ТПУ стало продолжением их исследований в области создания супергидрофильных и супергидрофобных поверхностей, результаты которых они представили в статье, опубликованной в журнале Surface and Coatings Technology (Q1, IF: 5,4).