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

Германия не будет передавать Украине танки

Западные страны и страны ЕС продолжают поставки различного вооружения киевскому режиму. При этом некоторые страны достаточно истощили свои запасы вооружений, а некоторые опасаются еще...

В рядах ВСУ остается все меньше украинцев

Подразделения ВС РФ продолжают успешные наступательные действия на ряде направлений в ходе проведения специальной военной операции. В рядах ВСУ остается все меньше украинцев. Об этом...

Вооруженные силы РФ начали наступление на Харьковском направлении

Вооруженные силы РФ начали наступление на Харьковском направлении. Об этом сообщили в Генеральном штабе ВСУ. Основной удар российских сил приходится на следующие направления: Купянское; ...

На линии соприкосновения были замечены турецкие бронеавтомобили Kirpi

Страны НАТО продолжают поставки военной техники и вооружения на Украину. В этот раз на линии соприкосновения были замечены турецкие бронеавтомобили Kirpi. Сообщается, что техника...

Генсек НАТО заявил о расширении производства боеприпасов советских калибров для ВС Украины

США и другие западные страны продолжают накачивать ВСУ вооружением. На этот раз стало известно, что блок НАТО нарастил производство на мощностях оборонных предприятий, расположенных...

Ракетные удары ВС РФ нарушили переброску резервов украинской армии

Вооруженные силы Российской Федерации продолжают проведение специальной военной операции. При этом ВС РФ постоянно наносят ракетные удары по скоплениям ВСУ и критической инфраструктуре Украины. Представители...

ВС РФ удалось взять под свой контроль основные дороги по направлению к Артемовску

Вооруженные силы РФ продолжают выполнение задач в ходе специальной военной операции. На этот раз российским военным удалось взять под свой контроль основные дороги по...

Британия передаст Украине партии высокоточных ракет Brimstone-2

Представители оборонного ведомства Великобритании подтвердили передачу Украине партии высокоточных ракет Brimstone-2, которые имеют возможность лазерного наведения. Министерство обороны Великобритании опубликовало на своей странице в социальной...