Лазерный мир

Михалевич М.А. (ИТМО), Давыдова Е.А. (ИТМО), Филатов И.А. (ИТМО), Научный руководитель – кандидат технических наук Романова Г.В. (ИТМО) // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [2024].

Проблема накипи в современной индустрии носит достаточно массовый характер, она охватывает различные отрасли как промышленности, так и бытовой жизни, например, в России по данным 2019 года функционирует более 200.000 промышленных теплообменников, затраты на очистку которых составляют от 1-2 млрд. руб в год. Скоростью отложения минералогических соединений можно управлять посредством изменения параметров шероховатости и поверхностной энергии подложки. В ходе работы была исследована динамика изменения количества образовавшегося слоя минералогических отложений на образцах с различной степенью смачиваемости в течение продолжительного времени нахождения подложек в агрессивном водном растворе.

Скоростью отложения минералогических соединений можно
управлять посредством изменения параметров шероховатости и поверхностной энергии подложки [5]. Цель данного исследования — исследование возможности снижения скорости
образования слоя накипи на алюминии с помощью лазерного структурирования.

Для достижения поставленной задачи использовалось следующее оборудование: лазерный
комплекс “МиниМаркер 2”, работающий на волоконном итербиевом импульном лазерном источнике, длиной волны 1064 нм, оптический микроскоп Zeiss, контактный профилометр, весы (HR-250az) для контроля массы образцов в ходе эксперимента и количественной оценки слоя минералогического отложения, датчик определения жесткости TDS & EC для контроля состояния среды проведения эксперимента. Контактный угол смачивания поверхности оценен с помощью метода лежащей капли.

Создание супергидрофобных подложек осуществлялось с помощью лазерного структурирования: на поверхность алюминия был нанесен микрорельеф, состоящий из
массива ортогональных канавок, геометрические характеристики рельефа определены с помощью модели прогнозирования контактного угла смачивания. После чего образцы были подвержены химической гидрофобизации: раствор состоит из диметилсульфоксида, дистиллированной воды и стеариновой кислоты [6]. Образцы выдерживали в данном растворе при температуре 30-40о С в течении 15-20 минут, после чего подложки высушивали на воздухе при нормальных условиях. Агрессивный раствор водной среды с повышенной жесткостью был изготовлен посредством растворения хлорида кальция в дистиллированной воде.

Затем гидрофобные, гидрофильные и необработанные образцы погружались в агрессивный раствор с периодическим контролем их массы и контактных углов смачивания.
Выводы. Исследовано влияние лазерного структурирования с определенными геометрическими характеристиками записанных структур на степень смачиваемости поверхности.

Также исследована динамика изменения количества образовавшегося слоя минералогических отложений на образцах с различной обработкой в течение продолжительного времени нахождения подложек в агрессивном водном растворе.

Работы выполнены в рамках Федеральной программы академического лидерства
«Приоритет-2030».

Полное содержание на https://kmu.itmo.ru/file/download/application/40099