Ученые разработали новый метод транспортировки жидкостей и газов

схожие новости

Вдохновленные тем, как растения поглощают и распределяют воду и питательные вещества, исследователи Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) разработали новаторский метод транспортировки жидкостей и газов с использованием 3D-печатной конструкции решетки и явлений капиллярного действия.

В статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи LLNL описывают напечатанные на 3D-принтере микроархитектурные структуры, способные удерживать и пропускать жидкости для создания обширных и контролируемых контактов между жидкостями и газами.

Исследователи заявили, что революционная технология может оказать трансформирующее и широкомасштабное воздействие на множество областей, включая многофазные процессы, электрохимические или биологические реакторы, используемые для преобразования углекислого газа или метана в энергию, передовую микрофлюидику, солнечное опреснение, фильтрацию воздуха, теплопередачу, транспирационное охлаждение и доставку жидкостей в условиях низкой или невесомой гравитации.

— Используя этот подход, мы можем спроектировать и напечатать заказанные пористые среды со многими уровнями контроля над поведением жидкостей и газов в этих структурах, — сказал ведущий автор и научный сотрудник LLNL Никола Дудукович, — Пористые среды, такие как губки, бумага или ткани, обычно имеют неупорядоченную микроструктуру, и поэтому их трудно описать аналитически и с помощью вычислений. Клеточная флюидика позволяет вам в некотором смысле создать упорядоченную «губку», в которой жидкости и газы перемещаются именно туда, куда вы хотите.

Используя годы лабораторных исследований в области трехмерной печати, иерархической решетчатой ​​конструкции и разработанную LLNL технологию проекционной микро-стереолитографии большой площади (LAPuSL) — световой принтер, который может создавать чрезвычайно мелкие детали в большом масштабе — исследователи создали различные жидкости: заполненные структуры для изучения различных видов многофазных явлений переноса и реакций.

Процессы, которые они продемонстрировали, включали абсорбцию (улавливание газообразного CO2 в жидкость), испарение (перенос жидкости в газовую фазу) и транспирацию, где ученые показали, что структуры способны охлаждаться за счет испарения жидкости в атмосферу, пополняя себя из резервуара для жидкости, например, как растения выделяют пар, непрерывно пополняя воду из почвы.

Способность разрабатывать точные границы раздела газ/жидкость и предпочтительные пути переноса, демонстрируя контроль над скоростью переноса, позволит ученым экспериментально и с помощью вычислений изучать капиллярные и другие явления потока и переноса и потенциально трансформировать дисциплины, включающие многофазные процессы, включая традиционную микрофлюидику, которые в первую очередь исследователи используются для диагностики состояния здоровья в пунктах оказания медицинской помощи и прочем.

Исследователи LLNL заявили, что концепции клеточной флюидики могут улучшить современные технологии микрофлюидики, позволяя контролировать перенос жидкости в сложных геометрических формах в 3D, тогда как современные микрофлюидные системы обычно плоские и замкнутые, что ограничивает их способность воспроизводить многофазные процессы.

Чтобы протестировать интеграцию с традиционной микрофлюидикой, инженер LLNL и соавтор Хави Гемеда провел эксперименты с активным потоком, используя шприцевые насосы для управления потоком жидкости в устройство, напечатанное на 3D-принтере, и наблюдал за поведением потока. Исследователи обнаружили, что предпочтительные пути можно запрограммировать, контролируя тип, размер и плотность элементарных ячеек, и обнаружили, что они могут улучшить удержание жидкости в условиях активного потока за счет точной конструкции структуры.

Эта возможность также позволила исследователям нанести на выборочные области решеток полимеров, напечатанных на 3D-принтере, проводящие и каталитически активные металлические покрытия.

Исследователи заявили, что помимо развития микрофлюидики, клеточная флюидика имеет многообещающие возможности для применения в космическом пространстве, где она позволит транспортировать жидкость в отсутствие силы тяжести, а также для сбора проб аэрозолей и фильтрации газа благодаря способности точно контролировать контакт между жидкостью и газом. Это также может улучшить теплопередачу за счет использования решетчатых конструкций, которые позволяют им оставаться охлажденными в течение длительных периодов времени, говорится в статье, опубликованной на сайте LLNL.

Читать еще

Комментарий

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь