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

Популярные новости

Письмо от руки способствует развитию памяти

Ученые проанализировали активность разных отделов мозга при печати или письме от руки. Выяснилось, что при последнем человек усваивает информацию лучше. Ученые обнаружили, что при письме...

Учеными найден механизм влияния кишечника на настроение

Во Франции ученые выяснили, что стресс способен изменять состав микрофлоры, этим снижая полноценную работу эндоканнабиноидной системы, что может довести до депрессии. То, что кишечные бактерии...

Раскрыта тайна древних пирамид майя

Археологи Национального института антропологии и истории Мексики (INAH) пришли к выводу, что пирамиды, построенные коренными народами Мезоамерики, включая майя и ацтеков, имитируют такие природные...

Названо самое чистое место на Земле

В воздухе над Южным океаном не были замечены какие-либо следы загрязнения, что говорит об уникальности данных географических территорий. Об этом сообщается в исследовании международной...

Пробудившийся гейзер Йеллоустоун не стал признаком неминуемого взрыва

Новое исследование сообщает, что недавнее пробуждение самого высокого гейзера в мире не является предвестником неминуемого извержения вулкана. И это вряд ли предвещает опасный гидротермальный...

Найдено морское животное, способное к полной регенерации

Израильские ученые в рамках исследований зафиксировали процесс полной регенерации у одного из морских животных. Им оказался Polycarpa mytiligera из класса асцидий. Он может самостоятельно восстанавливать...

В Южной Африке на территории Калахари обнаружили коллекцию кристаллов возрастом 105 тыс. лет

Археологи в ходе исследования пещеры Калахари в Южной Корее нашли коллекцию кристаллов, которым порядка 105 тысяч лет. Предполагается, что ее собрал какой-то древний человек,...

Открыт новый тип сверхпрочной химической связи

Некоторое время назад команда ученых из Института Планка в Германии открыла новый тип химической связи, который намного прочнее любой уже известной. Оказалось, что данный тип...

В ОАЭ планируют вызвать дождь, используя дроны

Специалисты ОАЭ тестируют дроны, которые разгоняют облака с целью приумножить число осадков в определенной местности. Вскоре благодаря этому можно будет заказывать дождь. Дроны, летающие в...