N, 9.02.2023

Teadlased disainisid pinna, mis aitab vett keeta hoopis säästlikumalt

teadus.postimees.ee
Teadlased disainisid pinna, mis aitab vett keeta hoopis säästlikumalt
Facebook Messenger LinkedIn Twitter
Comments
Säästlik keetmine tähendab tulevikus seda, et poti põhi on kaetud mikroskoopiliste torukestega. Nende suurust ja paigutust aga teadlased veel uurivad.
Säästlik keetmine tähendab tulevikus seda, et poti põhi on kaetud mikroskoopiliste torukestega. Nende suurust ja paigutust aga teadlased veel uurivad. Foto: Three-shots / Pixabay

MIT-i teadlaste uuringutest ja katsetest selgub, et me oleme oma siledapinnaliste põhjadega pottidega vett hoopis valesti keetnud. Vaja on spetsiaalset pinda, millel vastavad torukesed ja nanostruktuurid ning vee keema ajamiseks pole enam vaja nii palju energiat kulutada - nii tööstuslikes seadmetes kui kodusel pliidil.

Vee soojendamine ja aurustamine sõltub sellest, kuidas mullid vett soojendava küttekeha pinnal tekivad. Nende tekkimise tõhususe parandamine võib aga oluliselt vähendada energiatarbimist. Nüüd on Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlased leidnud viisi, kuidas seda teha, kasutades materjali spetsiaalset pinnatöötlust.

Parem tõhusus tuleb kolme erinevat tüüpi pinna kombinatsioonist kolmes erinevas mastaabis. Ajakirjas Advanced Materials avaldatud MIT-i teadlaste Youngsup Songi, Evelyn Wangi ja veel nelja kaasteadlase uuringu esialgne leid on veel laborikatsetuste tasemel ning praktilise tööstusliku protsessi väljatöötamiseks on vaja veel rohkem uuringuid.

Keetmisprotsessi kirjeldavad kaks peamist parameetrit: soojusülekandetegur ja soojusvool. Materjalide valikul on tavaliselt nende kahe vahel pöördvõrdeline seos ehk kõik, mis üht neist kahest parandab, muudab teise näitaja halvemaks. Kuid mõlemad on süsteemi tõhususe seisukohast olulised ja nüüd, pärast mitu aastat kestnud uuringuid, on MIT-i tiim leidnud lõpuks võimaluse kahte omadust korraga parandada, kombineerides lisaks materjalile ka selle pinnale lisatud erinevaid tekstuure.

Dr Songi sõnul on keetmine väga tõhus, kui keemispinnal on väga palju mullikesi, aga kui kokkupuutepinnale tekib liiga palju mulle, võivad need ühineda, mis tekitab keemispinnale nii-öelda aurukile. See omakorda raskendab soojusülekannet kuumalt pinnalt vette ja vee soojendamine nõuab rohkem energiat.

Elektronmikroskoobi all on näha grupp nanotorukesi, mille pind on omakorda nanostruktuuriga kaetud. Kõik see aitab paremini mullidel tekkida ja väldib samal ajal mullikihi teket. Sama energiaga võib niimoodi hoopis kiiremini vee keema saada.
Elektronmikroskoobi all on näha grupp nanotorukesi, mille pind on omakorda nanostruktuuriga kaetud. Kõik see aitab paremini mullidel tekkida ja väldib samal ajal mullikihi teket. Sama energiaga võib niimoodi hoopis kiiremini vee keema saada. Foto: MIT

Lisades materjali pinnale mikrolohukesi ja -sambaid, saab juhtida sellisel pinnal mullide moodustumist, hoida neid tõhusalt lohkude juures ja takistada nende ühinemist aurukileks. Oma töös lõid teadlased kile moodustumise vältimiseks kümne mikromeetri laiuse lohukeste massiivi, mis olid üksteisest eraldatud umbes paarimillimeetriste vahedega.

Nanomeetritesse laskudes loodi lohukeste pinnale ohtralt pisikesi konarusi ja servi, mis suurendasid materjali pindala ning aurustumiskiirust.

Lõpuks jõuti katsetes pinnavormideni, mis kujutasid ennast lühikesi torukesi materjali pinnal. Sambakesed koos torukestega soodustavad vedeliku ärajuhtimist põhjast torukeste tippudesse ja see kiirendab keemisprotsessi, pakkudes rohkem veega kokkupuutuvat pinda. Doktor Songi sõnul annavad need nanostruktuurid koosmõjus pinna tekstuurile kolm vajalikku «taset» – torukeste grupid, sambad ja nanomõõtmeline tekstuur – keemisprotsessile oluliselt suurema tõhususe.

Tööstusliku tootmiseni on veel astuda mõni pikem samm

Kuigi teadlaste töö kinnitas, et seda tüüpi pinnatöötlusega saab efektiivsemalt keeta, toimusid katsed siiski väga väikese mahuga ja laboritingimustes, mida ei ole lihtne laiendada suurematele veekeeduseadmetele. Teadustöös osalenud MIT-i teadlase Evelyn Wangi sõnul ei saa aga nanostruktuure lihtsalt suurendada, et proovida järgi sama katsega vee keetmist suures mahus. Pigem kasutati neid katseid tõestamaks, et sellisel viisil saab üldse keetmist efektiivsemaks muuta.

Järgmise sammuna tahavad teadlased leida alternatiivseid viise pinnatekstuuride loomiseks, et need toimiksid ka suuremas mahus, et saaks keeta veekannus või mõnes tööstuslikus seadmes.

Teiseks oli selliste nanostruktuuride loomine ka üsna kallis - vaja läks absoluutselt puhast ruumi ja tehnoloogiat, millega tehakse mikrokiipe. Erilise keedupinna loomiseks peab tulevikus leidma mõne odavama tehnoloogia.

Märksõnad
Tagasi üles