UCLA-ingeniører udvikler den første Trækreduktionsteknologi nogensinde til både
kreditkortstørrelse “superhydrofob” overflade har mikroskopiske riller, der fanger luft og reducerer vandfriktion med 30%.
et forskerteam fra UCLA Samueli School of Engineering har vist, at en specielt designet overflade er i stand til at reducere friktion fra strømmende vand med næsten en tredjedel. Dette blev gjort i en første nogensinde vellykket bådtest på åbent vand i Marina Del Rey, Californien.
i en undersøgelse offentliggjort i fysisk gennemgang anvendt, siger forskerne, at prøveoverfladen i sidste ende kunne skaleres op for at dække skrogene på både og skibe for at hjælpe dem med at skære gennem vand med mindre modstand.
“effekten ligner en airhockey-puck, der glider let over bordet,” sagde studieleder Chang-Jin “CJ” Kim, en fremtrædende professor i mekanisk og rumfartsteknologi ved UCLA Samueli. “Faldet i træk ville føre til reduceret maritim brændstofforbrug og emissioner.”
ideen om at bruge en usædvanlig vandafvisende eller” superhydrofobisk ” overflade på bådskrog har eksisteret i omkring to årtier, hvor konceptet viser indledende løfte i laboratorieforsøg. I stedet for at strømme direkte over en fast overflade, ville vand strømme over en lille luftfilm fanget mellem vand og den superhydrofobe overflade.
“Superhydrofobe overflader viste sig at opretholde en tynd luftfilm, kaldet en plastron, under vandkanaleksperimenter i mange laboratorier,” sagde Kim. “Denne plastron ville imidlertid uforklarligt forsvinde, når de samme overflader blev testet i åbent vand uden for laboratoriet. Det vigtigste gennembrud rapporteret i vores undersøgelse er, at det er lykkedes os at holde plastron gennem feltprøverne og bekræftede reduktionen i træk på en båd i åbent havvand.”
globale undersøgelser har estimeret, at havfragtskibe tegner sig for omkring 12% af verdens energiforbrug til transport og omkring 15% af de globale emissioner af lattergas og svovlsyre.
“vandfartøjets friktionstræk udgør betydelige dele af det globale energiforbrug og gasemission, så selv en mild reduktion af træk vil give en betydelig indvirkning på verden,” sagde Kim på de langsigtede motiver bag undersøgelsen.
forskerne erstattede en lille del af en 13 fods motorbåds underside med en testbed. Det omfattede en siliciumskive med kreditkortstørrelse med specialdesignede mikroskopiske riller, der er en tiendedel af en millimeter i dybden, der løber i længderetningen fra kørselsretningen. Rillerne behandles med Teflon for at afvise vand og fordeles en tiendedel af en millimeter fra hinanden.
designet til at maksimere fangsten af luft resulterede deres superhydrofobe overflade i en 30% reduktion i friktion under eksperimenterne. Testene blev udført på åbent havvand med hastigheder mellem 6 og 12 miles i timen. Indtil denne UCLA-undersøgelse var en superhydrofob overflade aldrig blevet bekræftet for at reducere træk i et Realistisk åbent vandmiljø.
“den største udfordring for os var at udvikle et eksperiment, der ville repræsentere de reelle forhold, som en båd står overfor, mens vi bruger en lille prøve, vi kan producere i skolens forskningslaboratorium,” sagde Kim, der også er UCLA Volgenau begavet formand for ingeniørarbejde. “Da der ikke eksisterede noget lignende, var vi nødt til at udvikle alt selv.”
ud over at eftermontere en lille del af bådens skrog og udvikle et undervandskamerasystem til registrering af eksperimenterne, måtte teamet også oprette en kompakt strømningssensor, en tre år lang udviklingsproces, der resulterede i sit eget offentliggjorte papir.
for Kim kulminerede den vellykkede demonstration mange års forskning. Hans gruppe arbejder allerede på at fremstille den superhydrofobe overflade til at dække en hel underside af en båd til yderligere eksperimenter. Ud over både og skibe sagde Kim, at overfladen også kunne bruges til at reducere friktionen af væsker, der strømmer gennem rør.
undersøgelsens hovedforfatter var UCLA mechanical engineering ph.d. – kandidat Muchen (Mitch). Alle nuværende eller tidligere medlemmer af UCLAs mikro-og Nanoproduktionslaboratorium, som Kim instruerer, samt Byron Pfeifer, en tekniker ved UCLA Marine akvatiske Center.
undersøgelsen blev støttet af Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), National Science Foundation (NSF) og Office of Naval Research (ONR).