3d redusert grafenoksid/sio 2 -kompositt for isnukleering.

Abstrakt

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en is-kjernende partikkel for skysåing og andre anvendelser, som kan starte isnukleering ved en temperatur på –8 ° C. Videre økte iskjernepartikkelantallet kontinuerlig og raskt med reduksjon av temperaturen. Iskjernepartikkelen i den foreliggende oppfinnelse er en nanostrukturert porøs kompositt av tredimensjonale reduserte grafenoksyd- og silikandioksid-nanopartikler (PrGO-SN). Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en prosess for syntetisering av PrGO-SN.

Klassifiseringer

A01G15/00 Enheter eller metoder for å påvirke værforholdeneSe 3 klassifiseringer til

WO2020148644A1

WIPO (PCT) Last ned PDF Finn tidligere art LignendeAndre språkfranskOppfinnerLinda ZOUHaoran Liang

Verdensomspennende applikasjoner2020  WO

Søknad PCT/IB2020/050259 hendelser 2019-01-14Prioritet til US201962791927P2019-01-14Prioritet til US62/791 9272020-01-14Søknad arkivert av Khalifa University of Science and Technology2020-07-23Publisering av WO2020148644A1

InfoPatenthenvisninger (3)Juridiske hendelserLignende dokumenterPrioritet og relaterte applikasjonerEksterne linkerEspacenetGlobalt dokumentPatentScopeDiskutere

Beskrivelse

3D REDUSERT GRAPHENE OXIDE/SIQ2 KOMPOSIT FOR ISKJEMMEROPPFINNELSENS OMRÅDEForeliggende oppfinnelse angår feltet for såing av skyer. Nærmere bestemt angår den foreliggende oppfinnelse syntese av 3D-grafen/metalloksyd-nanostrukturerte komposittmaterialer for isnukleering i skysåing, kunstig snøfremstilling og frysetørkingsteknologi i biomedisinsk og næringsmiddelindustri og lignende.OPPFINNELSENS BAKGRUNN[Frysning av flytende vann til fast is er et av de vanligste naturfenomenene, hvor is kan dannes homogent av rent vann eller heterogent i nærvær av fremmede materialer som kalles iskjernende partikler (INP). Slike INP kan stamme fra biologiske, mineralogiske og antropogene kilder, inkludert pollen og bakterier, vulkanaske, atmosfærisk støv. Heterogen iskjerneføring spiller en viktig rolle på forskjellige områder, for eksempel atmosfærisk fysikk, kryokonserveringsteknologi og frysetørking i biomedisinsk forskning og næringsmiddelindustri. I flere tiår, selv om den eksakte egenskapen til INP -er er ansvarlig for å starte isnukleering og deres molekylære identitet fortsatt er uklar, overflateegenskapene til INP -er har blitt betraktet som hovedparametrene som fremmer iskjerneaktivitet. En rekke mekanismer som forsøker å beskrive iskjerneaktivitetene til INPer er hypotetisert i litteraturen, hvorav de fleste er fokusert på diskusjonene om rollene til INPs overflateegenskaper. For eksempel viser tidligere eksperimentelle og numeriske studier at overflatedefekter (som sprekker og hulrom i K-feltspat) samt overflatefunksjonalisering (for eksempel hydroksylgrupper som er tilstede på kantsteder av aluminosilikat leiremineraler) kan forårsake heterogen iskjerneforming; gittermatchen mellom is og den krystallinske strukturen på overflaten kan også påvirke iskjerneaktivitetene, slik som er tilfellet for sølvjodid (Agl),De eksisterende iskjernepartikler (INPer) som brukes i sky -såingsapplikasjoner involverer hovedsakelig sølvjodid (Agl), hvor iskjerneforming skjer selektivt på bestemte steder, for eksempel defektsteder og gitterfeil. Det ble funnet at defekte steder er gunstige steder for isnukleering i stedet for perfekte ansikter på Agl -krystaller. Videre samsvarer strukturene til noen av de mest effektive iskjerneformende stoffene tett med isens sekskantede gitter. Til tross for sin gode iskjerneforming, krever Agl imidlertid mye lavere temperatur (-25 ° C) for å oppvise god is-kjerneformingsevne, i tillegg er det forbundet med kontroversiell miljørisiko. Selv om det er andre materialer som inneholder gunstige defektsteder og lignende gitterstruktur med is,[0004] En annen effektiv INP som er rapportert de siste årene er såkalte isaktive bakterier, Pseudomonas syringae, som ofte brukes til å lette kunstig snøproduksjon i vintersportområder rundt om i verden. I likhet med Agl kommer dens is-kjerneformende evne fra ismimikering av iskjernefunksjonene, som fungerer som en mal for å orientere vann i et gitter. Imidlertid viser de bare et innledende høyt iskjernetall og kan ikke øke antallet ytterligere med den reduserte temperaturen. I tillegg krever slike bakteriebaserte materialer høye kostnader for masseproduksjon og er ikke mye brukt til skyfrøprogrammer for tiden.[0005] I tillegg antas også overflateladning, overflategeometri, hydrogenbinding og andre overflateegenskaper å bidra til den overflateinduserte iskjerneformingen. Imidlertid er studier av iskjerneaktiviteter av INP -er hovedsakelig begrenset til teoretisk modellering og simuleringer, hovedsakelig på grunn av utfordringene i å tilby det passende eksperimentelle oppsettet, for eksempel observasjon og måleteknikker som fungerer ved temperaturer under null, som alle har begrenset observasjonen betydelig. av samspillet mellom vanndamp og iskjernepartiklene, og førte til mangel på informasjon om begynnelsen av iskjerneforming og progresjon av iskrystallvekst.[0006] I tillegg til de ovennevnte INP -ene som har blitt utforsket i litteraturen, er det også funnet forskjellige materialer som fremmer iskjerneforming, blant annet karbon -nanomaterialer som grafen og dets derivater har blitt undersøkt på grunn av deres iboende og funksjonaliserte overflateegenskaper. Spesielt, den trekantede sub gitteret av grafitt (2,46 Ångstrom) er lik naturlig is struktur, noe som kan begunstiger epitaksial vekst av det stabile heksagonale is I _h på atomnivå.[0007] Grafenderivater som grafenoksid (GO) oppviser også iskjerneformingsevner fordi vannmolekyler effektivt kan fanges opp av forskjellige hydrofile oksygenholdige funksjonelle grupper som eksisterer på GO. Immersjonsdråperfryseeksperimenter har blitt brukt i litteraturen for indirekte å måle iskjerneferdighetene til materialer ved å telle antall mikroskala frosne dråper, men de fleste av iskjerneaktivitetene til karbon -nanomaterialer ble bare observert ved relativt lav temperatur (vanligvis under -20 ° C), som er mindre ideelt enn andre iskjernematerialer som K-feltspat og sølvjodid (Agl) med høyere kjernetemperatur, og sanntids fremdriften for isvekst fanges ikke opp. Som et resultat er observasjon in situ av iskjerneføring på disse karbon -nanomaterialene mindre kjent.[0008] Det har blitt rapportert at atmosfæriske ispartikler spiller en avgjørende rolle i skyformasjon og nedbør, og mest nedbør i skyer starter via isfasen. Nylig har studier om skysåing tiltrukket seg mer oppmerksomhet fordi det er en effektiv metode for å dra fordel av slike vannressurser i skyer. De fleste studier fokuserer på hygroskopiske materialer med høy vanndampadsorberingsevne som potensielle sky -såmaterialer, og de er bare effektive ved temperaturer over null. Imidlertid har studier på skysåing ved null temperatur (kaldsky -såing) ikke sett store fremskritt, med Agl som det mest brukte kalde sky -såmaterialet i flere tiår, noe som ofte er forbundet med kontroversiell miljørisiko.[0009] Bruk av kjemikalier som sølvjodid utgjør en økologisk trussel og skade på folkehelsen, ettersom sølvjodid kan forårsake midlertidig inhabilitet eller mulig gjenværende skade på mennesker og pattedyr med intens eller kronisk eksponering. Nåværende sølvjodidmikropartikler som brukes i skysåing har skapt bekymring for dets toksisitet i forskjellige miljøer; spesielt vannmiljøer. I tillegg, selv om den konvensjonelle metoden for skysåing har vist seg å endre form og oppførsel av skyer, er dens evne til å fremkalle regn mye usikker. Videre er isstrukturen ikke godt forstått på nanoskalaen. Nyere studier har vist at is på nanoskalaen har en krystallinsk struktur som er femkantet snarere enn sekskantet, og åpner døren for nye og potensielt mer effektive kjemikalier for såing av skyer.[0010] De siste årene er det utviklet nye formuleringer av såmateriale for frigjøring fra pyrotekniske bluss (National Research Council, 2003). Disse materialene krever mindre Agl enn eldre formuleringer, og de er mye mer aktive i isnukleering ved temperaturer kaldere enn omtrent -5 ° C. Betydelig arbeid for å forbedre effektiviteten til såmaterialer utføres av mange grupper som bruker komplekse kjemiske sammensetninger, nanoteknologier, forskjellige typer skykamre og teststativer i såkalt full størrelse. Nye typer sky-såmaterialer syntetisert basert på nanoteknologi som en lovende vannforstørrelsesteknologi har vakt oppmerksomhet. Nylig ble det designet og syntetisert en type kjerne/skall NaCl/Ti02 (CSNT) partikkel med kontrollert partikkelstørrelse, som med hell adsorberte mer vanndamp (~ 295 ganger ved lav relativ luftfuktighet, 20% relativ luftfuktighet) enn ren NaCl, delikserte ved en lavere miljøfuktighet på 62-66% enn det hygroskopiske punktet (hg.p., 75% relativ luftfuktighet) av NaCl, og dannet større vanndråper ~ 6-10 ganger det opprinnelige målte størrelsesområdet, mens den rene NaCl fortsatt forble som en krystall under de samme forholdene. Det ble funnet at titandioksidbelegget forbedret saltets evne til å adsorbere og kondensere vanndamp over 100 ganger sammenlignet med et rent saltkrystall. En slik økning i kondenseringseffektivitet kan forbedre skyens evne til å produsere mer nedbør, noe som gjør regnforbedringsoperasjoner mer effektive og effektive. Dette nye materialet er egnet for påføring av varme skyfrøaktiviteter. delikseres ved en lavere miljø-RH på 62-66% enn det hygroskopiske punktet (hg.p., 75% RH) for NaCl, og dannet større vanndråper ~ 6-10 ganger det opprinnelige målte størrelsesområdet, mens den rene NaCl fortsatt forble som en krystall ved de samme forholdene. Det ble funnet at titandioksidbelegget forbedret saltets evne til å adsorbere og kondensere vanndamp over 100 ganger sammenlignet med et rent saltkrystall. En slik økning i kondenseringseffektivitet kan forbedre skyens evne til å produsere mer nedbør, noe som gjør regnforbedringsoperasjoner mer effektive og effektive. Dette nye materialet er egnet for påføring av varme skyfrøaktiviteter. delikseres ved en lavere miljø-RH på 62-66% enn det hygroskopiske punktet (hg.p., 75% RH) for NaCl, og dannet større vanndråper ~ 6-10 ganger det opprinnelige målte størrelsesområdet, mens den rene NaCl fortsatt forble som en krystall ved de samme forholdene. Det ble funnet at titandioksidbelegget forbedret saltets evne til å adsorbere og kondensere vanndamp over 100 ganger sammenlignet med et rent saltkrystall. En slik økning i kondenseringseffektivitet kan forbedre skyens evne til å produsere mer nedbør, noe som gjør regnforbedringsoperasjoner mer effektive og effektive. Dette nye materialet er egnet for påføring av varme skyfrøaktiviteter. mens den rene NaCl fortsatt forble som en krystall under de samme betingelser. Det ble funnet at titandioksidbelegget forbedret saltets evne til å adsorbere og kondensere vanndamp over 100 ganger sammenlignet med et rent saltkrystall. En slik økning i kondenseringseffektivitet kan forbedre skyens evne til å produsere mer nedbør, noe som gjør regnforbedringsoperasjoner mer effektive og effektive. Dette nye materialet er egnet for påføring av varme skyfrøaktiviteter. mens den rene NaCl fortsatt forble som en krystall under de samme betingelser. Det ble funnet at titandioksidbelegget forbedret saltets evne til å adsorbere og kondensere vanndamp over 100 ganger sammenlignet med et rent saltkrystall. En slik økning i kondenseringseffektivitet kan forbedre skyens evne til å produsere mer nedbør, noe som gjør regnforbedringsoperasjoner mer effektive og effektive. Dette nye materialet er egnet for påføring av varme skyfrøaktiviteter.På grunn av de økende interessene for såing av skyer og begrensningene i de konvensjonelle skyfrematerialene er det et behov innen teknikken for å syntetisere nye alternative skyfrømaterialer som kan øke sjansen for nedbør ved å øke effektiviteten av regndråpedannelse i den kalde skyen og minimere den negative effekten på miljøet. Videre er det også et behov for å utvikle is -kjernepartikler, som kan starte iskjerndannelse ved høyere temperaturer.SAMMENDRAG AV OPPFINNELSENForeliggende oppfinnelse introduserer nanostrukturerte komposittmaterialer for iskjerneforming i kald sky som gir utmerket varmeledningsevne i plan og ut av plan som er til fordel for iskjerning av underkjølt vann. Videre tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en iskjernepartikkel som når den presenteres i en kald atmosfærisk tilstand akselererer og forbedrer dannelsen og veksten av iskrystaller i blandede faseskyer. Videre tilveiebringer foreliggende oppfinnelse også en iskjernende partikkel, som kan vokse raskt og kontinuerlig med konstant temperaturreduksjon.I en utførelse tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en iskjernende kompositt omfattende å produsere flere iskrystaller som er i stand til å starte iskjerneforming ved høyere temperatur på – 8 ° C og hvor iskrystallene multipliserer i antall når temperaturen øker ved eller under -8 ° C.[0014] I en foretrukket utførelsesform er iskjernekompositten en tredimensjonal (3D) porøs kompositt av redusert grafenoksid (rGO) og silisiumdioksyd -nanopartikler, hvor silisiumdioksyd -nanopartiklene fordeles jevnt over et sekskantet redusert grafenoksyd (rGO) gitterstruktur. Komposittet ifølge foreliggende oppfinnelse oppviser overlegne i -planet og ut -of- plan varmeledningsevne, for derved å begunstige fordel for iskjernedannelse av underkjølt vann, karakterisert ved at partikkel oppviser en høy vann adsorbsjonskapasitet 118,86 cm ³ / g ved lav luftfuktighet. Kompositten har et høyt Brunauer-Emmett-Teller (BET) overflateareal på 178,84 m ²/g. Den høyere verdien av as, BET av kompositten ble tilskrevet den mindre ompakningen av de fleksible rGO-arkene under selvmonteringsprosessen, der S1O2-nanopartikler fungerte som avstandsstykker som separerte rGO-arkene ved å okkupere mellomlagshullene, forårsaket mindre aggregering og derfor resulterte i en økning i overflatearealet. I tillegg har kompositten en lav vannkontaktvinkel på 36,2 °, noe som resulterer i en høyere hydrofilitet. Videre kompositten omfatter en flerhet av porer som er ca. 10- lOOnm i størrelse, noe som resulterer i et har et porevolum på 1,23 cm ³ / g.I en annen foretrukket utførelse tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt. En enkelt-trinns hydrotermisk syntese ble utført for syntesen av iskjernende kompositt omfattende de følgende trinn. En vandig dispersjon av grafenoksyd (GO) ble fremstilt. Deretter 20 ml etanol (C2H6O), 0,7 ml ammoniumhydroksydløsning (NH ₃ Ή ₂O) og 0,7 ml tetraetylortosilikat (TEOS) ble tilsatt i 15 ml hrafenoksidoppløsning for å danne en homogen blanding. Blandingen ble ultralydbehandlet i 30 minutter og deretter overført til en forseglet teflonforet autoklav og oppvarmet hydrotermisk ved 180 ° C i 12 timer. Under sonikering ble silika -nanopartikler dannet via Stdber -prosess, der TEOS ble hydrolysert i alkohol i nærvær av NH ₃ Ή ₂O som katalysator. De syntetiserte S1O2 -nanopartiklene ble festet til GO -arkene i dispersjonen ved å danne hydrogenbindinger med oksygenholdige grupper på GO -ark. Blandingen gjennomgikk deretter selvmontering i en hydrotermisk prosess for å danne en svart-farget svamplignende struktur av tredimensjonalt redusert grafenoksyd og silisiumdioksyd-nanopartikler (PrGO-SN). Etter hydrotermisk prosess ble dannet PrGO-SN-kompositt vasket med avionisert vann (DI) vann tre ganger. Den vasket PrGO -SN -kompositt ble deretter satt i en fryser ved -20 ° C over natten, og deretter ble PrGO -SN -kompositten overført til frysetørker ved -100 ° C i 24 timer.KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE[0016] Temaet som anses som oppfinnelsen er spesielt påpekt og tydelig påstått i kravene ved avslutningen av spesifikasjonen. De foregående og andre aspekter, trekk og fordeler ved oppfinnelsen fremgår av den følgende detaljerte beskrivelsen tatt i forbindelse med de medfølgende tegninger der-Fig. 1A viser en skjematisk fremstilling av den porøse strukturen PrGO-SN som adsorberer og kondenserer vann og derved utløser isvekst fra porene i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. IB viser iskjernemekanismen til PrGO-SN-komposittet i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 2 illustrerer et skjematisk flytskjema for syntese av PrGO-SN i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 3 viser grafisk en sammenligning av vanndampadsorpsjonskapasitet for forskjellige PrGO-SN-kompositter i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 4A viser SEM -bildet av rGO -arket i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 4B viser SEM-bildet av PrGO-SN-kompositten der Si02-nanopartikler var innhyllet i 3D rGO-nettverket i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 4C viser SEM-bildet av PrGO-SN-kompositten der Si02-nanopartikler var innhyllet i 3D rGO-nettverket, når skalaen er 200 nm i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 4D viser TEM-bildet av PrGO-SN-kompositten i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 4E viser strukturen til Si02 -nanopartikler i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 4F viser FTIR-spektra for henholdsvis rGO, Si02 og PrGO-SN-komposittet i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 5 viser grafisk den samtidige termiske analysen (ST A) av det relative masseforholdet til PrGO-SN-komposittet i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 6A viser porestørrelsesfordelingen av PrGO-SN-kompositt og rGO basert på Barrett-Joyner-FIalenda-metoden i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 6B viser det spesifikke overflatearealet (a _{s, BET} ) for rGO og PrGO-SN-kompositten basert på Brunauer-Emmet-Teller-metoden ved bruk av N2 adsorpsjon/desorpsjon isoterm i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 6C viser en vanndampadsorpsjon isoterm av rGO og PrGO-SN ved relativ fuktighet fra 60 % til 75 % i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 6D viser måling av vannkontaktvinkel for henholdsvis PrGO-SN-kompositt og Agl-partikler i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 7A viser iskjernevirksomheten til PrGO-SN-kompositten observert ved E-SEM-eksperimenter under kontrollerte temperatur- og vanndamp-trykkforhold i form av sekskantede iskrystaller i henhold til en utførelse av foreliggende oppfinnelse;Fig. 7B viser iskjernevirksomheten til PrGO-SN-kompositten observert ved E-SEM-eksperimenter under kontrollerte temperatur- og vanndamp-trykkforhold i form av bulkis i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 7C viser de forskjellige isdannelsesmønstrene i grovområdet med hulrom i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 7D viser de forskjellige isdannelsesmønstrene i det glatte området i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse;Fig. 8A-8C viser ytterligere E-SEM-bilder av viste forskjellige isdannelsesmønstre av PrGO-SN-kompositten i grov region med hulrom i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; ogFig. 8D- 8F viser ytterligere E-SEM-bilder av viste forskjellige isdannelsesmønstre av PrGO-SN-komposittet i det glatte området i samsvar med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSENAspektene ved iskjernepartikkelen ifølge foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i sammenheng med figurene 1 – 8. I den detaljerte beskrivelsen refereres det til de medfølgende figurene, som utgjør en del av dette, og som er vist av spesifikke utførelsesformer der oppfinnelsen kan praktiseres. Det skal forstås at andre utførelsesformer kan benyttes og logiske endringer kan gjøres uten å avvike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelse. Den følgende detaljerte beskrivelse skal derfor ikke tas i begrensende betydning, og omfanget av den foreliggende oppfinnelse er definert av de vedlagte krav.Foreliggende oppfinnelse introduserer nanostrukturerte komposittmaterialer for isnukleering i kald sky som gir utmerket termisk ledningsevne i planet og ut av planet som er til fordel for iskjerning av underkjølt vann. Videre tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en iskjernende partikkel som når den presenteres i kald atmosfærisk tilstand katalyserer og forbedrer dannelsen og veksten av iskrystaller i blandede faseskyer. Videre tilveiebringer foreliggende oppfinnelse også en iskjernende partikkel, som kan vokse raskt og kontinuerlig med konstant temperaturreduksjon.Foreliggende oppfinnelse fokuserer på å designe og syntetisere nye isnukleerende partikler for iskjerndannelse i kald sky. Oppfinnelsen introduserer et porøst kompositt av tredimensjonalt (3D) redusert grafenoksyd (rGO) og silikandioksid-nanopartikler (PrGO-SN) som tar sikte på å starte iskjerneforming ved høyere temperatur samt vedvarende rask iskrystallvekst.[0041] I en utførelse av den foreliggende oppfinnelse produseres en sammenkoblet 3D-sammensatt struktur av PrGO-SN med smale S1O2-nanopartikler jevnt fordelt over hele rGO-strukturen via en ett-trinns hydrotermisk prosess. Denne kompositten fremmer forbedret iskjerneforming ved relativt varm temperatur med høy iskjerneaktivitet basert på følgende hypotese: 3D-rGO levert maler som muliggjorde iskrystallvekst på grunn av sin sekskantede gitterstruktur; S1O2-nanopartikler forbedret de generelle vannmolekyladsorpsjonskapasitetene til PrGO-SN-kompositten og muliggjorde mindre aggregering av den totale 3D-rGO-strukturen, og førte dermed til flere tilgjengelige steder for iskjerneform som vist på figur 1A og fig. IB. Fig. 1 A illustrerer en skjematisk fremstilling av den porøse strukturen PrGO-SN som adsorberer og kondenserer vann og derved utløser isvekst fra porene. Fig. IB viser iskjernemekanismen til PrGO-SN-kompositten.Teoretisk vurdering av den forbedrede isdannelsesmekanismen:[0044] Isdannelse involverer prosessene for nukleering og vekst. I sammenheng med heterogen iskjerneføring begynner vannmolekyler å danne iskrystallfrø på overflaten av INP, og det er mange faktorer som kan påvirke ytelsen til iskjerneføring. Mange studier har prøvd å analysere hastigheten på isnukleatjon ved hjelp av forskjellige grunnleggende teorier, hvorav den ene er klassisk nucleation theory (CNT), en forenklet teoretisk tilnærming som beskriver den iskjerneprosessen. Som Eq. 1 viser, er kjernefrekvensen per volumenhet J hovedsakelig tilskrevet egenskapene til INPene, inkludert p talltettheten til steder for heterogen nukleering, Z _j, hastigheten som en kjerne overvinner energibarrieren og vokser til en ny fase (også kjent som Zeldovich -faktor som avhenger av Af ^* formasjonsenergien til den kritiske klyngen og N ^* antallet molekyler i klyngen), og AF ^* , gratis energikostnad for å lage den kritiske kjernen (AF ^* avhenger av Q kontaktvinkelen og x geometrien til INPene). Andre parametere tilstede i Eq. 1 er k Boltzmann -konstanten og T temperaturen.

[0045] Isnukleering innebærer ordning av vannmolekylene som omorganiseres til deres foretrukne gitterposisjoner, for eksempel de vanligste sekskantede iskrystallene (Ih) hvor vannmolekyler er arrangert i lag med sekskantede ringer. Hvis molekylær geometri og kjemi på INP -overflaten er forenlig med is (for eksempel gittermatch), vil et isembryo dannet på en slik overflate i væskefasen ha en lavere fri energi enn et uavhengig isembryo, og veksten blir lettere . Derfor vil en effektiv kjerneoverflate ha lav fri energi fra grensesnittet som den danner med is, noe som er i samsvar med ekv. 1 der mindre verdi av AF ^* fører til større J.Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å designe og introdusere et porøst kompositt av 3-dimensjonalt (3D) redusert grafenoksid (rGO) og silikandioksid-nanopartikler (PrGO-SN) kompositt slik at overflaten til 3D-rGO fungerer som en mal for iskrystallvekst på grunn av sin sekskantede gitterstruktur (AF ^* senking). Videre tillater tilstedeværelsen av S1O2-nanopartikler i PrGO-SN i mellomlagshullene mellom rGO-arkene mindre aggregering av den totale 3D-rGO-strukturen, og fører dermed til flere tilgjengelige steder for isnukleering {p _jøkende); enda viktigere, hydrofiliteten til S1O2 -nanopartikler letter også oppsamlingen av vannmolekyler på rGO -overflaten, noe som kan lette tilstrekkelige vannmolekyler for vedvarende rask vekst av iskrystaller (Q -senking). I tillegg rapporteres det at minimum antall vannmolekyler er nødvendige for at iskjerneforming skal danne en fullstendig ikosahedrisk symmetri av sekskantet geometri, og dermed kan flere vannmolekyler som samles inn av de hydrofile S1O2 -nanopartiklene fremskynde begynnelsen av iskjerneforming og vekst . Derfor har begge komponentene i PrGO-SN-kompositten en kollektiv effekt for å øke iskjernefrekvensen J.[0047] Dessuten muliggjør den porøse strukturen til PrGO-SN-komposittet ifølge foreliggende oppfinnelse også kondensasjon av flytende vann i disse porene, selv under metning av den inverse Kelvin-effekten. Som Eq. 2 viser, er den relative fuktigheten med hensyn til vann (RH „) for en pore som skal fylles, forutsagt av Kelvin -effekten med et negativt tegn for å forklare meniskens konkave natur:

[0048] Hvor betegner metningsforholdet i forhold til vann, er y overflatespenningen til vann- pdampgrensesnitt, V _L er molarvolumet av vann, D er porediameteren, Q er kontaktvinkelen til vann på materialet, R er gasskonstanten og T er temperaturen i Kelvin. Eq. 2 indikerer at jo smalere porebredden (mindre porestørrelse) er, jo lavere er RH „som kreves for at porekondensasjon skal oppstå. Motsatt, jo høyere kontaktvinkel for vann på materialet er, desto høyere er RH „som trengs for porefylling. På toppen av den inverse Kelvin-effekten innebar strukturen og sammensetningen av PrGO-SN-kompositten at hydrofiliteten til S1O2-nanopartikler kan lette oppsamlingen av vannmolekyler, og deretter kan vannmolekyler reorganisere seg i sekskantet struktur på rGO-overflaten, noe som til slutt leder til isnukleatjon ved passende temperatur.På den annen side, siden hydrogenbindinger brytes og reformeres konstant avhengig av termiske svingninger i vannmolekylene, er balansen mellom vann -vann og vann -overflate -interaksjoner avgjørende for isnukleeringshendelser, det vil si hvis en type interaksjoner dominerer den andre, iskjerneforming vil ikke bli begunstiget fordi den enten vil være for flyktig eller for stabil til å utløse isnukleering. Derfor er overflateegenskaper nøkkelen til å muliggjøre og stabilisere iskjerneforming. Det er bemerkelsesverdig at balansen mellom vann-vann og vann-overflate-interaksjoner delvis påvirkes av mengden vannmolekyler rundt PrGO-SN-kompositten; hvis mengden er høy, vil vann-vann-interaksjonen være sterkere enn vann-overflate-interaksjonen, som ville være vanskelig for vannmolekyler å omorganisere seg til sekskantet struktur og danne is. Dette støttes av studien om at iskjerneformingen kan forsterkes med en enorm faktor på 10 ved luft-vann-grensesnittet enn vann-vann-grensesnittet. Siden S1O2-nanopartikler kan fange vanndamp på grunn av høye vanndampadsorpsjonsevner og danne et tynt lag med flytende vann på PrGO-SN-kompositten, vil det eksistere et væske/fast grensesnitt som har en positiv broeffekt mellom vanndamp og den faste overflaten av kompositten. Isnukleering vil starte fra det tynne vannlaget og isen vil vokse på bekostning av vanndampen i luften. Siden S1O2-nanopartikler kan fange vanndamp på grunn av høye vanndampadsorpsjonsevner og danne et tynt lag med flytende vann på PrGO-SN-kompositten, vil det eksistere et væske/fast grensesnitt som har en positiv broeffekt mellom vanndamp og den faste overflaten av kompositten. Isnukleering vil starte fra det tynne vannlaget og isen vil vokse på bekostning av vanndampen i luften. Siden S1O2-nanopartikler kan fange vanndamp på grunn av høye vanndampadsorpsjonsevner og danne et tynt lag med flytende vann på PrGO-SN-kompositten, vil det eksistere et væske/fast grensesnitt som har en positiv broeffekt mellom vanndamp og den faste overflaten av kompositten. Isnukleering vil starte fra det tynne vannsjiktet og isen vil vokse på bekostning av vanndampen i luften.Syntese av PrGO-SN-kompositten:[0051] Syntesen av PrGO-SN ifølge foreliggende oppfinnelse er illustrert i figur 2. En hydrotermisk syntese i ett trinn ble utført for syntesen med følgende detaljer. En GO vandig dispersjon ble fremstilt ved bruk av den forbedrede Hummers -metoden. 15 ml GO -løsning (2 mg/ml konsentrasjon) som fremstilt ovenfor (ved bruk av Hummers -metoden) ble deretter blandet med 20 ml etanol (C2H6O). Deretter ble 0,7 ml ammoniumhydroksydoppløsning (NH3 · H2q) og 0,7 ml og 1,4 ml tetraetylortosilikat (TEOS) tilsatt i blandingen for å fremstille 2 separate prøver. Blandingene sonikeres i 30 minutter og overføres deretter til en forseglet teflonforet autoklav og oppvarmet hydrotermi ved 180 ° C i 12 timer. Under ultralydbehandling ble silika -nanopartikler dannet via Stdber -prosess, der TEOS ble hydrolysert i alkohol i nærvær av NH3 · H2q som en katalysator. De syntetiserte S1O2-nanopartiklene ble festet til GO-arkene i dispersjonen ved å danne hydrogenbindinger med oksygenholdige grupper på GO-ark. Blandingen gjennomgikk deretter selvmontering i en hydrotermisk prosess for å danne en svart-farget svamplignende struktur av 3-dimensjonale reduserte grafenoksyd og kiseldioksyd-nanopartikler (PrGO-SN). Etter hydrotermisk prosess ble dannet PrGO-SN-kompositt vasket med avionisert vann (DI) vann tre ganger. Den vaskede PrGO -SN -kompositten ble deretter satt i en fryser ved -20 ° C over natten, og deretter ble PrGO -SN -kompositten overført til frysetørker ved -100 ° C i 24 timer.[Karakterisering og målinger:[0053] Den syntetiserte PrGO-SN-kompositten ble karakterisert gjennom skanningelektronmikroskopi (SEM, Quanta 250, FEI Company); Overføringselektronmikroskopi (TEM, Tecnai fra FEI ™ Company som opererer ved 200 KV); Et Fourier transform infrarødt Nicolet iS lO spektrometer (FTIR, Thermo Fisher Scientific, Inc.). Vannstatiske målinger med kontaktvinkel (Kyowa DM-701) utarbeidet med et grensesnitt Measurement & Analyzes System og dråpene på 0,8 mΐ. Vanndampadsorpsjonsevnen til PrGO-SN-kompositten ble bestemt kvantitativt via en vanndampadsorpsjon isotermtest (Brunauer-Emmett-Teller, Belsorb Max, Japan) i vanndamp-modus. Prøvene ble forbehandlet ved 100 ° C i 3 timer under et trykk på <10 ⁴Pa før du starter isotermanalysen av vanndampadsorpsjon og hele testen krevde 24 timer. Miljøskanningelektronmikroskopi (E-SEM) ble brukt til in-situ observasjon av iskjerneaktivitetene til PrGO-SN-kompositten. Vanndampadsorpsjon isoterm analyse bekreftet at PrGO-SN prøve fremstilt av 0,7 ml TEOS hadde høyere vanndamp adsorpsjonskapasitet som vist i figur 3.Fig. 3 illustrerer en sammenligning av vanndampadsorpsjonskapasitet for forskjellige PrGO-SN-kompositter. Det kan sees fra grafen vist på figur 3 at ved lave relative fuktighetsforhold som varierer fra 60 % til 75 %, var det adsorberte vanndampvolumet til PrGO-SN (0,7 ml TEOS) -prøven høyere enn PrGO-prøven. -SN (1,4 ml TEOS) prøve; etter hvert som den relative fuktigheten øker, var forskjellen i vanndampadsorpsjonskapasitet enda større.3D-rGO/MO-materialene produsert i denne oppfinnelsen, når de evalueres ved mikroskala med isnukleering, viser at 3DrG0/Si02 produsert kan starte isnukleatjon ved -8 ° C, som er høyere temperatur enn de fleste tidligere rapporterte materialer som f.eks. som Agl og feltspat. Videre økte iskjernepartikkelantallet kontinuerlig og raskt med reduksjon av temperaturen.[0056] Surface morfologi av rGO og tverrsnittsbildet av PrGO-SN:[0057] Den mikroskopiske overflatemorfologien til rGO og tverrsnittsbildet av PrGO-SN-kompositten er vist på fig. 4A til 4E. Når GO-dispersjonen gjennomgikk hydrotermisk prosess som nevnt ovenfor, ble det dannet en godt forbundet 3D porøs struktur med mange sammenkoblede rGO-ark som vist i figur 4A. Når det gjelder PrGO-SN-kompositten, bekreftet SEM-bildet at Si02-nanopartikler var homogent innebygd i rGO og distribuert over nesten hele rGO-nettverket som vist i figur 4B. Den interne strukturen til PrGO-SN-kompositten avslørte også den totale fordelingen av Si02-nanopartikler innhyllet i 3D-rGO-nettverket. Ytterligere observasjoner under TEM antydet at Si02 -nanopartikler okkuperte mellomlagshullene mellom rGO -ark, indikerer at Si02 nanopartiklene spilte en avstands rolle i å skille rGO -arkene og dermed resulterte i mindre aggregering sammenlignet med det uberørte rGO. Fig. 4D viser forskjellige kontraster mellom rGO-ark og Si02-nanopartikler, noe som indikerte sameksistensen av Si02-nanopartikler og rGO-lag. I tillegg kan det bli funnet at Si02 nanopartikler presentert i sfærisk struktur med en gjennomsnittlig størrelse på 10-20 nm som vist i figur 4E.[0058] Videre ble Simultaneous Thermal Analysis (STA) utført for å bestemme sammensetningen av hver komponent i PrGO-SN-kompositten, og resultatet indikerte at masseprosenten av rGO i PrGO-SN-kompositten er omtrent 18 vekt% som vist i figur 5. Fig. 5 viser den samtidige termiske analysen (STA) av det relative masseforholdet til PrGO-SN-kompositten. Det er angitt i figur 5 at rGO utgjorde 18 % av den totale sammensatte massen. Vanligvis endret massen av kompositt seg ikke mye før 500 ^° C. Før 500 ^° C skyldtes det meste av massetapet fordampning av vannmolekyler inne i kompositten; etter 500 ° C begynte karbonholdige materialer å brenne, noe som resulterte i betydelig massetap.[0059] De funksjonelle gruppene til hver komponent i PrGO-SN-kompositten ble bekreftet av FTIR (Fourier transform infrarødt Nicolet iSlO-spektrometer) som vist i figur 4F. Topper av C = C, C-0 og Si-O-Si fra den sammensatte prøven bekreftet tilstedeværelsen av både rGO og Si02 nanopartikler. Videre tilsvarer den relativt sterke toppen av kompositten ved 1060-1075 cm-1 overlagringen mellom toppene C-0 og Si-O-Si. Toppene til -OH og OH var knapt synlige (fig. 3F), noe som antydet at de fleste oksygenholdige gruppene ble fjernet under den hydrotermiske reaksjonsprosessen. Det litt sterkere -OH -signalet fra PrGO -SN -kompositten enn rGO kan skyldes tilstedeværelsen av silanolgrupper som normalt er forbundet med Si02 -nanopartikler.[0060] Porestørrelsesfordelingen og det totale porevolumet til både PrGO-SN-kompositt og rGO ble bestemt av Barrett-Joyner-Halenda (BJH) -metoden. Som figur 6A viser, viste BJH-resultatet at PrGO-SN-kompositten hadde betydelig flere porer i størrelsesområdet mellom 10-100 nm og toppet seg rundt 50 nm sammenlignet med rGO som hadde færre porer av større størrelser, noe som tyder på at sameksistensen av S1O2 nanopartikler og 3D-GO-rammeverk bidro til dannelsen av mindre porer (10-100nm) i den sammensatte strukturen. I tillegg har PrGO-SN-kompositten et totalt porevolum (V _p ) på 1,23 cm ³ /g, sammenlignet med rGO 0,69 cm ³/g. Dette BJH-resultatet indikerte at porøsiteten til PrGO-SN-kompositten har blitt sterkt økt sammenlignet med rGO. Det spesifikke overflatearealet (a _{s, BET} ) for rGO og PrGO-SN-kompositt ble bestemt av Brunauer-Emmet-Teller (BET) -metoden ved bruk av N2 adsorpsjon /desorpsjon isoterme med 167,31 m ² /g for rGO og 178,84 m ² /g for komposittet, henholdsvis som vist i figur 6B. Den høyere verdien av en _{s BET} av kompositten ble tilskrevet den mindre ompakningen av de fleksible rGO-arkene under selvmonteringsprosessen, der S1O2-nanopartikler fungerte som avstandsstykker som separerte rGO-arkene ved å okkupere mellomlagshullene, forårsaket mindre aggregering og derfor resulterte i en økning i overflatearealet.[0061] Vanndampadsorpsjon isoterm analyse ble utført for å kvantitativt bestemme vanndamp adsorpsjonskapasiteten til PrGO-SN kompositt sammenlignet med rGO. Det ble funnet at selv ved lave relative fuktighetsbetingelser som varierer fra 60% til 75%, det adsorberte vanndampen volum av komposittmaterialet var høyere enn den for den RGO [118,86 cm ³ / g sammenlignet med det (105,95 cm ³/g) av rGO ved 75 % R]), som gjorde det mulig for sammensetningen å adsorbere mer vanndamp som potensielt bidro til iskjerneforming ved passende temperatur som vist i figur 6C. Selv om både PrGO-SN-kompositt og rGO demonstrerte god vanndampadsorpsjonskapasitet, kan det antas at PrGO-SN-komposittet kunne adsorbere mye mer vanndamp enn rGO ved høyere RH-verdi. Denne funksjonen ble tilskrevet både hydrofiliteten til S1O2-nanopartikler og den porøse strukturen til PrGO-SN-kompositten. Videre ble vannkontaktvinkelen til PrGO-SN-kompositten bestemt ved målinger av avionisert vann, statisk kontaktvinkel. PrGO-SN pulverprøven ble presset inn i en plateform gjennom kompresjonsstøping, og den målte kontaktvinkelen til plateprøven ble brukt som tilnærming for de faktiske PrGO-SN-komposittpartiklene. Som vist i figur 6D er kontaktvinkelen til PrGO-SN-kompositten så lav som 36,2 °, og bekrefter derved dens sterke hydrofile egenskap. En lav kontaktvinkel kan føre til høyere iskjerneaktiviteter på grunn av lavere energikostnader for å lage den kritiske kjernen og derved øke vanndampadsorpsjonsevnen. Til sammenligning er kontaktvinkelen til sølvjodid (Agl) -partikler for eksempel 131,1 °, noe som viser sterk hydrofob egenskap. Basert på resultatene og sammenligningene ovenfor har PrGO-SN sammensatt prøve ifølge foreliggende oppfinnelse vist strukturen og egenskapen til et nanostrukturerte porøse materialer med høyere vanndampadsorpsjonskapasitet, høyere BET-spesifikt overflateareal og lavere vannkontaktvinkler (dvs. mer hydrofile) .[0062] Observasjon av iskjerning på PrGO-SN-kompositter:[0063] Miljøskanningelektronmikroskopi (E-SEM) ble benyttet for observasjon på stedet av isnukleeringsaktivitetene til PrGO-SN-kompositten. For alle E-SEM-eksperimenter ble de overmettede relative fuktighetsforholdene og temperaturen under null for den første forekomsten av iskjerneforming og den påfølgende veksten kontrollert ved å justere partialtrykket av vanndamp så vel som temperaturen i kammeret. For det første ble prøver forbehandlet i kammeret i 60 minutter med temperaturen i kammeret satt til -8 ° C og den relative fuktigheten (RH) på -80%. Denne forbehandlingen tillater stabilisering av temperatur og relative fuktighetsforhold. For det andre ble RH i kammeret gradvis økt med en konstant hastighet (~ 5 Pa/s) inntil de første isnukleeringshendelsene ble observert, og RH sluttet å øke og ble holdt konstant; i mellomtiden utviklet iskrystallveksten seg raskt med denne RH -verdien. Flere eksperimenter ble utført under slike prosedyrer, og det ble funnet at RH -verdien der den første nukleeringshendelsen ble observert varierte fra 5% til 8% overmettelse. Samme prosedyrer ble fulgt ved enda høyere temperatur på -7 og -6 ° C, men det ble ikke observert isnukleeringshendelser uavhengig av økningen i RH. Derfor ble -8 ° C bestemt som den høyeste og optimale iskjernetemperatur for PrGO -SN -kompositten. Det er bemerkelsesverdig at det ikke ble funnet noen vanndråpe på noe tidspunkt gjennom E-SEM-forsøkene, noe som indikerer at vanndampen ble transformert direkte til iskrystaller. Flere eksperimenter ble utført under slike prosedyrer, og det ble funnet at RH -verdien der den første nukleeringshendelsen ble observert varierte fra 5% til 8% overmettelse. Samme prosedyrer ble fulgt ved enda høyere temperatur på -7 og -6 ° C, men det ble ikke observert isnukleeringshendelser uavhengig av økningen i RH. Derfor ble -8 ° C bestemt som den høyeste og optimale iskjernetemperatur for PrGO -SN -kompositten. Det er bemerkelsesverdig at det ikke ble funnet noen vanndråpe på noe tidspunkt gjennom E-SEM-forsøkene, noe som indikerer at vanndampen ble transformert direkte til iskrystaller. Flere eksperimenter ble utført under slike prosedyrer, og det ble funnet at RH -verdien der den første nukleeringshendelsen ble observert varierte fra 5% til 8% overmettelse. Samme prosedyrer ble fulgt ved enda høyere temperatur på -7 og -6 ° C, men det ble ikke observert iskjerneforming uavhengig av økningen i RH. Derfor ble -8 ° C bestemt som den høyeste og optimale iskjernetemperatur for PrGO -SN -kompositten. Det er bemerkelsesverdig at det ikke ble funnet noen vanndråpe på noe tidspunkt gjennom E-SEM-forsøkene, noe som indikerer at vanndampen ble transformert direkte til iskrystaller. -8 ° C ble bestemt som den høyeste og optimale iskjernetemperatur for PrGO-SN-kompositten. Det er bemerkelsesverdig at det ikke ble funnet noen vanndråpe på noe tidspunkt gjennom E-SEM-forsøkene, noe som indikerer at vanndampen ble transformert direkte til iskrystaller. -8 ° C ble bestemt som den høyeste og optimale iskjernetemperatur for PrGO-SN-kompositten. Det er bemerkelsesverdig at det ikke ble funnet noen vanndråpe på noe tidspunkt gjennom E-SEM-forsøkene, noe som indikerer at vanndampen ble transformert direkte til iskrystaller.[E-SEM-eksperimenter viste at under de samme betingelsene resulterte PrGO-SN-komposittindusert iskjerneforming i to forskjellige utseende av iskrystaller: 1) de som hadde en tendens til å vokse til individuelle sekskantede krystaller; og 2) de som fusjonerer med hverandre og danner bulkis, som vist i henholdsvis fig. 7A og 7B. Dette fenomenet antydet at forskjellige overflateegenskaper av PrGO-SN-kompositten kan ha ulik innflytelse på iskjerneforming og vekst. For ytterligere å analysere et slikt fenomen, ble regioner i PrGO-SN-kompositten med forskjellige morfologier nøye observert ved E-SEM-observasjon: den ene med tilsynelatende topografisk grovhet som store hulrom på overflaten, den andre med relativt glatt overflate fraværende store hulrom, som vist i henholdsvis fig. 7C og fig. 7D.Som vist på fig. 7C, da RH nådde ~ 5% overmettelse, fant den første isnukleeringshendelsen sted på prøveområdene med store hulrom og begynte deretter å vokse innen ~ 10 s fra begynnelsen av forsøket (c2). Når RH økte til ~ 8 % overmettelse og ~ 20 s i forsøket, ble iskrystaller større og viste synlig sekskantet form i hulrommet i prøven (c3). Til sammenligning viser figur 7D at isnukleering bare ble observert på prøveområdene med glatt overflate til forholdene nådde ~ 8% overmettelse og ~ 30 s fra begynnelsen av forsøket (d2). Imidlertid, i den senere prøven, når iskrystallene først ble dannet, skjedde spontan isvekst og iskrystaller dekket nesten hele overflaten av prøven i løpet av en kort periode (bare ~ 5 s) fra den første isnukleeringshendelsen (d3) .[0066] Videre ble flere E-SEM-iskjerneforsøk utført, og flere SEM-bilder av isnukleeringshendelser i grov region med hulrom som vist på fig. 8A-8C; og relativt jevnt område som vist i henholdsvis fig. 8D – 8F. Som det kan sees fra figur 8A-8C, viste E-SEM-eksperimentene forskjellige isdannelsesmønstre i grov region med tilstedeværelse av hulrom. Alternativt kan det sees fra fig. 8D- 8F isdannelsesmønstrene i det glatte området er i form av sekskantede iskrystaller og is.[0067] Det kan bli funnet at for grove prøveområder med store hulrom, kan isnukleatjon tas opp på så store hulrom og vokse til sekskantede iskrystaller (fig. 7C). Når det gjelder prøve med relativt jevne områder, skjedde samtidig isnukleering på flere steder, og de dannede iskrystallene hadde en tendens til å smelte sammen og danne store isbiter som det fremgår av figur 7D Forskjellene i iskrystallvekstatferd ble påvirket av regionene med ulik overflateruhet. Generelt hadde topografisk grovhet på PrGO-SN-kompositten en tendens til å favorisere kondensering av damp til væske. Spesielt når det gjelder porøs kompositt av PrGO-SN, har grove områder med større overflateområder hulrom og flere små porer enn relativt glatte områder. Som et resultat, kondensert vanndamp ville akkumuleres først i hulrommene på PrGO-SN-kompositten, og dermed ville disse stedene ha høyere iskjerneaktivitet på grunn av de begrensede kjernefysiske stedene og tilstrekkelig opptak av vanndamp. På den annen side hadde en relativt jevn PrGO-SN-region en tendens til å absorbere vanndamp mer homogent, og derfor hadde isnukleering en tendens til å forekomme på flere steder samtidig; På grunn av konkurransen mellom kondensert vanndamp mellom de nærliggende stedene, ville det imidlertid ta lengre tid å se isdannelse visuelt. Når iskjerningshendelsen inntraff på flere steder, ville de dannede små iskrystallene raskt smelte sammen for å danne bulkis). Ved å observere iskjerningen på PrGO-SN-kompositter ved bruk av temperatur/vanndamp-trykk-kontrollert E-SEM,3DrG0/Si02 produsert i den foreliggende oppfinnelse viser forskjellige fordeler i forhold til vanlige iskjernematerialer. Den første fordelen er det 3D-reduserte grafenoksid-rammeverket som gir utmerket termisk ledningsevne i plan og utenom planet, noe som er til fordel for iskjernning av superkjølt vann. Den andre fordelen er den svært porøse og hydrofile Si02-nanopartikkelen som bidrar til å adsorbere de fritt bevegelige vannmolekylene og hjelpe til med å oppnå fast og pakket orientering av vannmolekyler for å danne isen. Begge de positive faktorene som er i besittelse av 3D-rG0/Si02 er ikke oppnådd med standard iskjernende partikler.Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å designe en nanostrukturert porøs kompositt av tredimensjonale reduserte grafenoksyd- og silisiumdioksyd-nanopartikler (PrGO-SN). En sammenkoblet 3D-komposittstruktur av PrGO-SN med smale S1O2-nanopartikler jevnt fordelt over hele rGO-strukturen ble produsert via kontrollert ett-trinns hydrotermisk prosess. PrGO-SN-kompositten tilbød ikke bare sekskantet iskrystallvekst via gittermatch mellom isen og den krystallinske strukturen på underlaget som kan indusere heterogen iskjerneføring fra sin 3D rGO-komponent, men ga også et høyt Brunauer-Emmett-Teller (BET) overflateareal og vanndampadsorpsjonskapasitet. I tillegg, PrGO-SN-kompositt har god porøsitet og mer hydrofil overflate fra komponenten S1O2 nanopartikler som alle var egnede faktorer for å fremme iskjerneforming og vekst. Observasjoner på stedet via et miljøskanningelektronmikroskop (E-SEM) bekreftet den forbedrede iskjernefunksjonen til PrGO-SN-kompositten vist ved synlig isnukleeringshendelse som starter fra -8 ° C, 5-8% relativ overmettingsfuktighet. I tillegg ble det grunnlagt at iskjerneforming ble påtatt på store hulrom i den grovere regionen i PrGO-SN-sammensatte prøven og vokst til sekskantede iskrystaller. Alternativt skjedde isnukleeringshendelse samtidig på flere steder i en jevnere region i prøven, og smeltet deretter raskt sammen for å danne is. Ved å observere iskjerningen på PrGO-SN-kompositter under E-SEM,Mange endringer, modifikasjoner, variasjoner og andre bruksområder og anvendelser av den foreliggende oppfinnelse vil bli åpenbare for fagfolk etter å ha vurdert denne spesifikasjonen og de medfølgende tegninger, som viser de foretrukne utførelsesformer derav. Alle slike endringer, modifikasjoner, variasjoner og andre bruksområder og applikasjoner, som ikke avviker fra oppfinnelsens ånd og omfang, anses å være dekket av oppfinnelsen, som bare skal begrenses av kravene som følger.

Patenthenvisninger (3)

PublikasjonsnummerPrioritetsdatoPubliseringsdatoOppdragsgiverTittelWO2018112575A1 *2016-12-212018-06-28Universidade Estadual De Campinas – UnicampProsess for fremstilling av et nanokompositt som inneholder grafenoksyd og silikananopartikler, nanokompositter derved produsert og bruksområder deravCN108246130A *2018-01-312018-07-06江苏 大学En slags GO/SiO2 Fremstillingsmetoden for modifisert nano -sammensatt filmCN108862265A *2018-07-182018-11-23深圳 大学En slags grafenoksyd-nanometer silisiumdioksid-komposittmateriale og fremstillingsmetode deravFamilie til familie sitater* Sitert av sensor, † Sitert av tredjepart

Lignende dokumenter

UtgivelsePubliseringsdatoTittelXie et al.2015Grafen og hydroksyapatitt samler seg til homogene, frittstående nanokompositt-hydrogeler for beinvevsteknikkMarcolli2014Deponeringskimdannelse sett på som homogen eller nedsenking av frysing i porer og hulromJP5275988B22013-08-28Biomaterialer, deres tilberedning og brukDing et al.2013En praktisk rute for å syntetisere SBA-15 stenger med avstembar porelengde for lysozymadsorpsjonHan et al.2008Hul zeolittstrukturer dannet ved krystallisering i tverrbundne polyakrylamidhydrogelerWu et al.2006Strukturell studie av høyt bestilte mesoporøse silika tynne filmer og replikert Pt-nanotråder ved høyoppløselig skanningelektronmikroskopi (HRSEM)Wang et al.2014Nye blomsterlignende titanfosfatmikrostrukturer og deres anvendelse ved fjerning av blyioner fra drikkevannGuo et al.2013Hulkarboniserte hydroksyapatittmikrosfærer med mesoporøs struktur: hydrotermisk fabrikasjon og medisinleveringseiendomUS10005077B22018-06-26Zeolite nanosheet membranKR20140014192A2014-02-05Aluminiumsilikat, metallionadsorbent og fremgangsmåte for fremstilling av sammeWang et al.2005Påvirkning av Fe på termisk stabilitet og katalyse av SBA-15 mesoporøse molekylsikterWO2013073475A12013-05-23Hul nanopartikler og fremgangsmåte for å produsere sammeBao et al.2005Morfologier av periodiske mesoporøse organosilikaer med store porerWaldron et al.2014Dannelse av ensartede store SBA-15 mikrosfærer via spraytørkingFang et al.2016Bestilt selvmontering av amfipatiske grafen-nanosheets i tredimensjonale lagdelte arkitekturerGarcia -Bennett et al.2006Partikkelstørrelseskontroll og overflatestruktur av det kubiske mesokagede materialet AMS ‐ 8Choi et al.2012Polymorf kontroll av kalsiumkarbonat på overflaten av mesoporøst silikaJP2009001447A2009-01-08Silikaporøst materiale, fremgangsmåte for fremstilling av det samme og utnyttelse av det sammeWO2020148644A12020-07-233d redusert grafenoksid/sio 2 -kompositt for isnukleeringTai et al.2017Kjerne-/skallmikrostruktur indusert synergistisk effekt for effektiv dannelse av vanndråper og applikasjon i sky-såingJP2014035043A2014-02-24Varmeisolerende materialeLee et al.2000Fremstilling av kolloidalt silika ved hjelp av peptiseringsmetodeWang et al.2006Undersøkelse av synteseforhold for grafitt-avledede nanoporøse karbon-silika-kompositterSun et al.2011Hydrotermisk syntese, vekstmekanisme og egenskaper til tredimensjonale mikro/nanoskalerte hierarkiske arkitekturfilmer av hemimorfitt sinksilikatColorado Jr et al.2008Syntese av silika – ammoniumklorid makrofibre generert av anioniske overflateaktive maleriske nanorør

Prioritet og relaterte applikasjoner

Prioriterte applikasjoner (2)

applikasjonPrioritetsdatoDato for innleveringTittelUS201962791927P2019-01-142019-01-14Foreløpig søknad i USAUS62/791 9272019-01-14

Juridiske hendelser

DatoKodeTittelBeskrivelse2020-09-02121Ep: epoen har blitt informert av wipo om at ep ble angitt i denne applikasjonen

Ref dokumentnummer : 20742030

Ref. Land : EP

Artikkelnummer for ref -dokument : A1

Begreper

maskinuttrukket nedlastingFiltrer tabell NavnBildeSeksjonerTelleSpørringskamp komposittmaterialetittel, påstander, abstrakt, beskrivelse1430,000 nukleeringtittel, påstander, abstrakt, beskrivelse1110,000 karbontittel, påstander, abstrakt, beskrivelse300,000 grafentittel, påstander, abstrakt, beskrivelse260,000 reduserttittel, påstander, abstrakt, beskrivelse150,000 silisiummonoksidtittel10,000 nanopartikkelpåstander, abstrakt, beskrivelse410,000 silisiumdioksidpåstander, abstrakt, beskrivelse370,000 metodepåstander, abstrakt, beskrivelse110,000 vannkrav, beskrivelse950,000 porøst materialekrav, beskrivelse220,000 blandingkrav, beskrivelse140,000 Tetraetylortosilikatkrav, beskrivelse120,000 etanolkrav, beskrivelse120,000 produksjonsprosesskrav, beskrivelse120,000 avionisert vannkrav, beskrivelse70,000 silisiumdioksidkrav, beskrivelse70,000 ammonium hydroksidkrav, beskrivelse50,000 ammonium hydroksidkrav, beskrivelse50,000 silisiumdioksidkrav, beskrivelse50,000 homogen blandingkrav, beskrivelse40,000 frysetørkekrav, beskrivelse30,000 metalloksidkrav, beskrivelse20,000 vandig løsningpåstander50,000 løsningpåstander20,000 Teflonpåstander10,000 grafenmetalloksidpåstander10,000 varmebehandlingpåstander10,000 polytetrafluoretylenpåstander10,000 partikkelabstrakt, beskrivelse210,000 øktabstrakt, beskrivelse100,000 syntetisereabstrakt, beskrivelse80,000Vis alle konsepter fra beskrivelsesdelen

PåstanderSkjul avhengig 

1) En iskjernende kompositt for fremstilling av flere iskrystaller, hvor sammensetningen starter isnukleering ved en temperatur på -8 ° C; og hvor sammensetningen multipliserer iskrystallene i antall når temperaturen øker ved eller under -8 ° C.2) Iskjernende kompositt ifølge krav 1, karakterisert ved at kompositten er et porøst nanostrukturert komposittmateriale av grafenmetalloksyd.3) Iskjernende kompositt ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at kompositten er en porøs kompositt av redusert grafenoksyd (rGO) og silisiumdioksyd -nanopartikler.4) Iskjernende kompositt ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at kompositten er en tredimensjonal (3D) porøs kompositt av redusert grafenoksyd (rGO) og silisiumdioksyd -nanopartikler.5) Iskjernende kompositt ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at silisiumdioksyd-nanopartikler er jevnt fordelt over en sekskantet redusert grafenoksyd (rGO) gittermikrostruktur.6) Den iskjernedannende Kompositt ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at nevnte kompositt oppviser en høy vann adsorbsjonskapasitet 118,86 cm ³ / g ved lav luftfuktighet.7) Den iskjernedannende Kompositt ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at kompositt har en Brunauer-Emmett -Teller (BET) overflateareal, for eksempel 178,84 m ² / g. 8) Iskjernende kompositt ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at kompositten har en lav vannkontaktvinkel, for eksempel 36,2 ° og høyere hydrofilitet.9) Iskjernende kompositt ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at sammensetningen omfatter flere porer på omtrent 10 lOOn i størrelse.10) iskimdannende Kompositt ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at kompositt har et høyt porevolum, for eksempel 1,23 cm ³ / g.11) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 1, karakterisert ved at prosessen omfatter trinnene:fremstilling av en vandig dispergert grafenoksydløsning;tilsetning av den vandige oppløsningen av grafenoksyd til etanol, ammoniumhydroksyd og tetraetylortosilikat som danner en homogen blanding;sonikering av den homogene blanding for å oppnå en sonisert blanding;oppvarming av den sonikerte blandingen i en autoklav og dermed oppnå iskjernende kompositt; skylling av iskjernende kompositt med et avionisert vann; ogfryse -tørke kompositten for å bevare 3D -mikrostrukturen.12) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at konsentrasjonen av grafenoksydoppløsning var 2 mg/ml.13) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at 20 ml etanol ble tilsatt til den vandige oppløsningen av grafenoksyd.14) Fremgangsmåten for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at 0,7 ml ammoniumhydroksyd ble tilsatt til den vandige oppløsningen av grafenoksyd, et annet volum kan gjelde. 15) Fremgangsmåten for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at 0,7 ml tetraetylortosilikat ble tilsatt til den vandige oppløsningen av grafenoksyd, et annet volum kan gjelde.16) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at den homogene blanding omfattende den vandige oppløsningen av grafenoksyd, etanol, ammoniumhydroksyd og tetraetylortosilikat sonikeres ved romtemperatur i minst 30 minutter.17) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at den sonikerte blandingen varmes opp i en teflonforet autoklav.18) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at den ultralydbehandlede blandingen oppvarmes til 180 ° C i minst 12 timer.19) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at iskjernende kompositt vaskes med avionisert vann minst tre ganger.20) Fremgangsmåte for fremstilling av iskjernende kompositt ifølge krav 11, karakterisert ved at iskjernende kompositt fryses i en frysetørker ved -100 ° C i minst 24 timer.

.