Суперхидрофобни покрития за електрически проводници на електропроводи - в блога - Обещаващи разработки, R&D,
Времената, когато човечеството се справяше с огън, печка или парен котел, отдавна отминаха. Хората се нуждаят от електричество и колкото по-далеч, толкова повече. Бихме искали да е евтино, но предоставянето му на потребителите е скъпо. Климатът в България не е благоприятен за енергетиката: корозията корозира стълбовете на електропроводите, при лошо време сняг и лед покриват проводниците, причинявайки повреда на линиите, отстраняването на авариите изисква много време, усилия и средства. Много северни страни, както и Китай и Япония, са изправени пред същите проблеми. През последните години учени от различни страни проучват възможността за защита на проводници и конструкции на електропроводи с помощта на специални покрития. Специалисти от Института по физикохимия и електрохимия. А.Н. Frumkin RAS са разработили и тествали суперхидрофобни покрития, които ще предотвратят замръзване на проводниците и ако това се случи, ще бъде лесно да се отървете от леда.
Тестване на суперхидрофобни покрития във воден аерозолен поток при температура -5 °C и скорост на вятъра 10 m/s. Минута по-късно върху алуминиевата проба без покритие вече се появява слой лед.
Обледеняването на линията се бори, разбира се. Най-често се използват механични методи, но те изискват достъп до електропроводи, което нарушава нормалната работа на обекта. Освен това механичното действие не предотвратява заледяването, а го елиминира. Можете да увеличите съпротивлението на проводниците, като прекарате ток през тях в специален режим. Проводниците ще се нагреят и ледът ще се стопи, но този метод ще изразходва енергия. През последните години за борба с обледеняването активно се използват разтвори, които замръзват при температури, много по-ниски от водата. Тези течности са добри в пътя и авиацията, но при транспортиране на енергиянеефективно. Срокът на валидност на такива "течности без замръзване" е кратък и е нереалистично да се прилагат редовно върху стотици или дори хиляди километри проводници. Всички тези методи изискват постоянно активно участие на персонал, енергия или химически реактиви и понякога са опасни за околната среда. По-икономично е да се правят проводници и опори за електропроводи от материали, върху които водата не се задържа и следователно няма да замръзне.
Сравнителни тестове на алуминиеви проводници при условия на леден дъжд (температура на въздуха -4 °C, влажност на въздуха 97%)
Ето какво каза главният научен сътрудник на Института по физикохимия на Руската академия на науките, член-кореспондент на Руската академия на науките, доктор на физико-математическите наукиЛюдмила Бойнович в интервю за STRF.ru:
„Една от отличителните черти на суперхидрофобните материали е самопочистването на повърхността от прах и други твърди частици, когато тя влезе в контакт с капчици течност. Факт е, че дори при много малки наклони на суперхидрофобната повърхност водните капки не се плъзгат по нея, а се търкалят надолу. Поради водоотблъскващите свойства на повърхността, водата практически не се натрупва върху нея, което може да кристализира. Освен това вече образувалият се лед, слана или суграшица не залепва добре за такива повърхности и пада от проводниците под въздействието на собственото си тегло или вятър.
Специалисти от Института по физикохимия и електрохимия. А.Н. Институт по проблеми на механиката Фрумкин, Руската академия на науките А.Ю. Руската академия на науките Ishlinsky показа, че от алуминиеви повърхности, върху които е нанесено суперхидрофобно покритие, ледът лесно се отделяИзтрий. Учените са работили с единични и многожилни алуминиеви проводници. Първо, проводниците бяха обработени чрез електрохимични методи, в резултат на което повърхността им стана грапава - върху нея се появи микро- и нанорелеф. След това върху грапавата повърхност се нанася хидрофобен агент, флуороксисилан. На такива повърхности водата контактува с материала само по изпъкналите части на релефа, т.е. площта на реален контакт между течността и материала намалява няколко пъти. И колкото по-малка е контактната площ, толкова по-малко е адхезията на водата и леда към повърхността.
Учените оставиха пробите да замръзнат и след това определиха колко усилия са необходими, за да издърпате или развиете жицата от ледената покривка. Оказа се, че водните капки почти не се разпространяват върху суперхидрофобни повърхности и лесно се търкалят при ъгли на наклон на повърхността под 15 °. При суперхидрофобизиращо третиране силата на връзката лед-алуминий намалява с коефициент 2,6, ако трябва да се развие многожилен кабел от ледената обвивка, и с коефициент 5–10, когато жицата се издърпа. В същото време върху освободения проводник няма следи от лед. От многократното повторение на тази процедура качеството на покритието практически не пострада, оказа се устойчиво на механични натоварвания. Следователно, суперхидрофобното покритие може да се счита за ледофобно. Понася добре цикличните температурни колебания от -18 °С до +25 °С, характерни за централна България.
„За да се превърне получаването на суперхидрофобно покритие от изкуство в технология, е необходимо определено ниво на развитие на нанотехнологиите“, обяснява Людмила Бойнович. – Нанодебелината на слоя хидрофобен агент позволява да се постигне максимална механична устойчивост на контакта между материала и покритието и да се минимизира разходът му. Нанасяне на по-дебел слой хидрофобенагентът може да причини отлепване на покритието поради температурни колебания. В допълнение, нанокривината на текстурните елементи на повърхността прави възможно ефективното увеличаване на нейната хидрофобност.“
Изследователите отбелязват, че получените от тях суперхидрофобни покрития могат да се считат за ефективно средство за борба с обледеняването и натрупването на сняг върху алуминиевите елементи на електропроводите.