Ein KAIST-Forschungsteam hat eine Anti-Eis- und Enteisungsfilmbeschichtungstechnologie entwickelt, die den photothermischen Effekt von Goldnanopartikeln auf Industriestandorte anwenden kann, ohne dass Heizdrähte, regelmäßige Sprüh- oder Ölbeschichtungen mit Frostschutzmitteln und Substratdesign erforderlich sind Änderungen.
Die von Professor Hyoungsoo Kim von der Fakultät für Maschinenbau (Fluid & Interface Laboratory) und Professor Dong Ki Yoon von der Fakultät für Chemie (Soft Material Assembly Group) geleitete Gruppe gab bekannt, dass sie eine originelle Technik entwickelt haben, mit der Gold-Nanostäbchen gleichmäßig strukturiert werden können ( GNR)-Partikel in Quadranten durch einfache Verdunstung und haben daraus eine Anti-Eis- und Enteisungsoberfläche entwickelt.
Die Studie trägt den Titel „Plasmonic Metasurfaces of Cellulose Nanocrystal Matrices with Quadrants of Aligned Gold Nanorods for Photothermal Anti-Icing“ und ist veröffentlicht im Tagebuch Naturkommunikation.
Viele Wissenschaftler haben in den letzten Jahren versucht, Substratoberflächen durch verschiedene Beschichtungstechniken zu kontrollieren, und diejenigen, die die Strukturierung funktioneller Nanomaterialien beinhalten, haben besondere Aufmerksamkeit erlangt. Insbesondere gilt GNR aufgrund seiner Biokompatibilität, chemischen Stabilität, relativ einfachen Synthese und seiner stabilen und einzigartigen Eigenschaft der Oberflächenplasmonenresonanz als vielversprechender Kandidat für ein Nanomaterial.
Um die Leistung von GNR zu maximieren, ist es wichtig, eine hohe Gleichmäßigkeit während der Filmabscheidung und ein hohes Maß an Stabausrichtung zu erreichen. Allerdings war es bisher eine schwierige Herausforderung, beide Kriterien zu erfüllen.
Um dieses Problem zu lösen, nutzte das gemeinsame Forschungsteam Cellulose-Nanokristalle (CNC), ein funktionelles Nanomaterial der nächsten Generation, das leicht aus der Natur gewonnen werden kann. Durch die gemeinsame Montage von GNR auf CNC-Quadrantenschablonen konnte das Team den Film gleichmäßig trocknen und erfolgreich einen GNR-Film mit gleichmäßiger Ausrichtung in Ringform erhalten.
Im Vergleich zu vorhandenen Kaffeeringfilmen zeigte der im Rahmen dieser Forschung entwickelte hochgradig gleichmäßige und ausgerichtete GNR-Film verbesserte plasmonische photothermische Eigenschaften, und das Team zeigte, dass er Anti-Eis- und Enteisungsfunktionen durch einfaches Einstrahlen von Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich erfüllen kann Reichweite.
Professor Kim sagte: „Diese Technik kann sowohl auf Kunststoff als auch auf flexiblen Oberflächen angewendet werden. Durch die Verwendung auf Außenmaterialien und Folien kann sie ihre eigene Wärmeenergie erzeugen, was durch die freiwillige Gewinnung thermischer Energie in verschiedenen Anwendungen, einschließlich, erheblich Energie sparen würde Autos, Flugzeuge und Fenster in Wohn- oder Gewerberäumen, wo Frost im Winter ein ernstes Problem darstellt.“
Professor Yoon fügte hinzu: „Diese Forschung ist insofern von Bedeutung, als wir nun den CNC-GNR-Verbundwerkstoff, der bisher schwer zu Filmen zu verarbeiten war, nun über eine große Fläche frei strukturieren können Wenn wir uns die plasmonischen Eigenschaften von Gold zunutze machen wollen, können wir es auch wie Buntglas zur Dekoration von Glasoberflächen verwenden.“
Mehr Informationen:
Jeongsu Pyeon et al., Plasmonische Metaoberflächen von Cellulose-Nanokristallmatrizen mit Quadranten ausgerichteter Gold-Nanostäbe für photothermischen Vereisungsschutz, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43511-9