راه‌حلی نوین برای جلوگیری از رسوب گرفتن لوله‌ها
در لوله‌های صنعتی که آب یا مواد شیمیایی عبور می‌کنند، با گذر زمان رسوب و آلودگی روی سطح داخلی تجمع پیدا می‌کند.
در لوله‌های صنعتی که آب یا مواد شیمیایی عبور می‌کنند، با گذر زمان رسوب و آلودگی روی سطح داخلی تجمع پیدا می‌کند. این مشکل باعث کندشدن جریان مواد و به تدریج آسیب به تجهیزات می‌شود و در نتیجه تعمیر و نگهداری‌های مکرر و هزینه‌های عملیاتی بالاتری ایجاد می‌کند.
تاکنون روش‌های متعددی برای مقابله با این مشکل ارائه شده است؛ از نرم‌کننده‌های آب و مهارکننده‌های شیمیایی رسوب که جلوی تشکیل مواد معدنی را می‌گیرند تا استفاده از مواد خاص و پوشش‌دهی لوله‌ها. با این حال، هر کدام از این روش‌ها با محدودیت‌ها و معایب خود همراه هستند.
اکنون پژوهشگران دانشگاه رایس در هیوستون تگزاس، راهکار مؤثرتری یافته‌اند: پوشاندن داخل لوله‌ها با الماس‌های آزمایشگاهی. این پوشش نه تنها فوق‌العاده سخت و ازنظر شیمیایی پایدار است، بلکه می‌تواند از رشد باکتری‌ها و تجمع رسوبات جلوگیری کند و بدون نیاز به تمیزکاری مداوم، سطح لوله را تمیز نگه دارد.
شیانگ ژانگ، پژوهشگر دانشکده علوم و مهندسی مواد و نانو دانشگاه رایس در کنار دستگاه رسوب‌دهی شیمیایی با بخار پلاسما مایکروویو
تیم پژوهشی برای ساخت پوشش جدید، از روشی به نام رسوب‌دهی بخار شیمیایی با پلاسمای مایکروویو استفاده کرد که رایج‌ترین روش ساخت الماس‌های مصنوعی است. برای ایجاد این پوشش لایه‌ای، گازهای متان و هیدروژن به داخل یک محفظه رآکتور وارد شدند که ویفرهای سیلیکونی در آن با محلول نانوالماس پوشانده شده بودند.
در گام بعد، تابش مایکروویو پرقدرت، اتم‌های گازها را به حالت پلاسما داغ تبدیل کرد و اتم‌های کربن آزاد شدند تا روی ویفرها بنشینند و درطول چند ساعت به ساختار الماس پیوند بخورند. سطح لایه سپس با گازهای مختلف پوشانده شد تا ویژگی‌های سطح آن کمی تغییر کند و عملکرد آن‌ها آزمایش شود.
تصویر میکروسکوپ الکترونی لایه‌های الماس نیتروژن‌دار برای پوشش‌های ضد رسوب
نمونه‌های این لایه‌ها سپس به مدت ۲۰ ساعت در محلول سولفات کلسیم بسیار غلیظ در دمای اتاق قرار گرفتند تا رسوبات معدنی روی سطح آن‌ها تشکیل شود. نتیجه نشان داد که لایه‌های الماس با نیتروژن روی سطح، بیش از ده برابر کمتر از سایر لایه‌ها که سطحشان با اکسیژن، هیدروژن یا فلوئور پوشانده شده بود، رسوب گرفتند. علاوه‌بر‌این، رسوبات تنها به صورت خوشه‌های پراکنده کریستالی ظاهر شدند و نه به شکل لایه‌های متراکم و سخت که در صورت تشکیل، شکستن و پاک‌کردنشان دشوار است.
پولیکل آجایان، استاد علم مواد و نانو مهندسی دانشگاه رایس و یکی از نویسندگان مطالعه می‌گوید این یافته‌ها نشان می‌دهند لایه‌های الماس پلی‌کریستالی که با روشی کم‌هزینه و در محفظه بخار ساخته می‌شوند، می‌توانند به‌عنوان ماده‌ای بسیار قوی و بادوام برای جلوگیری از تشکیل رسوبات معدنی به کار روند. این ویژگی باعث می‌شود بتوان از آن‌ها در حوزه‌هایی مثل تصفیه آب، سیستم‌های انرژی و سایر صنایع و دستگاه‌هایی استفاده کرد که همیشه با مشکل رسوب معدنی روبه‌رو هستند.
آجایان و تیمش پیش از این نیز روی لایه‌های الماسی کار کرده بودند. آن‌ها اوایل امسال نشان دادند که چنین پوشش‌هایی می‌توانند به ساخت قطعات الکترونیکی سریع‌تر و کارآمدتر کمک کنند و حتی در تولید اجزای مورد نیاز برای محاسبات کوانتومی کاربرد داشته باشند.
در آینده پوشش‌های الماس نه تنها روی لوله‌های صنعتی کاربرد خواهند داشت، بلکه می‌توانند در تصفیه آب، تولید نفت و گاز و تجهیزات تولید برق نیز مورد استفاده قرار گیرند و مشکل رسوب معدنی را به شکل چشمگیری کاهش دهند.
پژوهش در ژورنال ACS Nano منتشر شده است.
منبع:زومیت
