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Rotational force test method for determination of particle adhesion—from a simplified model to realistic dusts
Journal of Renewable and Sustainable Energy ( IF 2.5 ) Pub Date : 2020-07-01 , DOI: 10.1063/5.0015122
Klemens Ilse 1, 2, 3, 4 , Muhammad Zahid Khan 1, 2, 3 , Katja Lange 1, 2 , Harish Nagari Gurumoorthy 1, 2 , Volker Naumann 1, 2 , Christian Hagendorf 1, 2 , Jörg Bagdahn 3
Affiliation  

The deposition of dust particles on surfaces can be problematic for many applications, both industrial (e.g., semi-conductor manufacturing) and outdoor (e.g., solar power generation). A new test procedure was developed to evaluate particle–surface interactions and particle removal by rotating planar surfaces that are homogenously covered by dust deposits. The spatial change of the particle removing centrifugal forces, combined with large-area optical microscopy and image analysis with respect to particle sizes, allows for a statistical determination of particle removal forces. Within this study, we investigate how results from the “rotational force test method” (RFT) can be interpreted for natural dust deposits. Based on a simplified static force- and moment-balance approach of spherical particles on flat surfaces, necessary model modifications are discussed to approach natural dusts. The theoretical considerations are validated by RFT results for different dust types, including PMMA spheres, quasi-mono-disperse calcite particles, and Middle East Test Dust, which are comparable to natural dust deposits. The experimentally obtained values for adhesion forces of natural dust particles agree well with theoretical considerations and with other studies from the literature using different techniques. The developed metrology is widely applicable since only a commercial spin coater and an optical microscope are required. It can be used to determine dust-type dependent adhesion forces for coated and uncoated surfaces and specified environmental conditions.

中文翻译:

用于确定颗粒粘附力的旋转力测试方法——从简化模型到真实粉尘

对于工业(例如,半导体制造)和户外(例如,太阳能发电)的许多应用而言,灰尘颗粒在表面上的沉积可能是有问题的。开发了一种新的测试程序,通过旋转均匀覆盖灰尘沉积物的平面来评估颗粒-表面相互作用和颗粒去除。颗粒去除离心力的空间变化,结合大面积光学显微镜和关于颗粒尺寸的图像分析,允许对颗粒去除力进行统计测定。在这项研究中,我们调查了“旋转力测试方法”(RFT) 的结果如何解释天然灰尘沉积物。基于球形颗粒在平面上的简化静力和力矩平衡方法,讨论了必要的模型修改以接近自然灰尘。理论考虑通过不同粉尘类型的 RFT 结果进行验证,包括 PMMA 球体、准单分散方解石颗粒和中东测试粉尘,它们与天然粉尘沉积物相当。通过实验获得的天然灰尘颗粒粘附力值与理论考虑和使用不同技术的文献中的其他研究非常吻合。开发的计量学具有广泛的适用性,因为只需要一台商用旋涂机和一台光学显微镜。它可用于确定涂层和未涂层​​表面以及特定环境条件的灰尘类型相关附着力。理论考虑通过不同粉尘类型的 RFT 结果进行验证,包括 PMMA 球体、准单分散方解石颗粒和中东测试粉尘,它们与天然粉尘沉积物相当。通过实验获得的天然灰尘颗粒粘附力值与理论考虑和使用不同技术的文献中的其他研究非常吻合。开发的计量学具有广泛的适用性,因为只需要一台商用旋涂机和一台光学显微镜。它可用于确定涂层和未涂层​​表面以及特定环境条件的灰尘类型相关附着力。理论考虑通过不同粉尘类型的 RFT 结果进行验证,包括 PMMA 球体、准单分散方解石颗粒和中东测试粉尘,它们与天然粉尘沉积物相当。通过实验获得的天然灰尘颗粒粘附力值与理论考虑和使用不同技术的文献中的其他研究非常吻合。开发的计量学具有广泛的适用性,因为只需要一台商用旋涂机和一台光学显微镜。它可用于确定涂层和未涂层​​表面以及特定环境条件的灰尘类型相关附着力。通过实验获得的天然灰尘颗粒粘附力值与理论考虑和使用不同技术的文献中的其他研究非常吻合。开发的计量学具有广泛的适用性,因为只需要一台商用旋涂机和一台光学显微镜。它可用于确定涂层和未涂层​​表面以及特定环境条件的灰尘类型相关附着力。通过实验获得的天然灰尘颗粒粘附力值与理论考虑和使用不同技术的文献中的其他研究非常吻合。开发的计量学具有广泛的适用性,因为只需要一台商用旋涂机和一台光学显微镜。它可用于确定涂层和未涂层​​表面以及特定环境条件的灰尘类型相关附着力。
更新日期:2020-07-01
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