211service.com
Overflader, der holder isen væk
Is er en farlig kendsgerning i vinterlivet, der ødelægger veje, forsyningsledninger, bygninger og flyrejser. Konventionelle metoder til at slippe af med isen, såsom direkte opvarmning, påføring af salt eller brug af kemikalier til at udløse smeltning, har alle forpligtelser: de kan korrodere de materialer, de er påført på, og skade miljøet, og de er kun beskedne eller midlertidigt gældende. Men Harvard-forskere siger, at de har skabt materialer, der kan forhindre is i at dannes på overflader i første omgang.
Hold isen: Konventionelle overflader gør det muligt for isdråber (venstre) at gribe fat og danne ark (i midten), men nanoskala ruhed på overfladen forhindrer is i at dannes.
Forskerne siger deres gennembrud, rapporteret i det seneste nummer af ACS Nano , kunne gælde ikke kun for luftfart, men for vejbelægning, konstruktion, kraftoverførsel og praktisk talt enhver anden industri, for hvilken kemisk og fysisk afisning er et problem. Det, vi ønsker at gøre, er, at der slet ikke dannes is, siger Joanna Aizenberg, der er materialeforsker og leder af projektet.
Denne historie var en del af vores november 2011-udgave
- Se resten af problemet
- Abonner
Når en begyndende isdråbe rammer en konventionel overflade, spreder den sig ud og griber og bliver en base for sammenlægningen af flere dråber og i sidste ende en isplade. Men Aizenbergs overflader er superhydrofobe, hvilket bogstaveligt talt betyder meget bange for vand. De indeholder geometriske mønstre i mikronstørrelse, inklusive stolper, mursten og andre strukturer, der får dråber til at hoppe væk, før de kan klæbe. Nøglefunktionen er, at vi designer disse strukturer til at være næsten friktionsfri, forklarer Aizenberg. Dråberne afbøjes effektivt, før isdannelse kan forekomme.
I test har Aizenberg og hendes kolleger fundet ud af, at deres materialer modstår isophobning, indtil temperaturen falder til omkring -30° C. Det er langt koldere end næsten alle industrielle omgivelser, bemærker hun. Selv ved ultralave temperaturer, når isafvisningen begynder at bryde ned, er alt ikke tabt. Isen, der dannes, har et svagt greb, der kræver en lille brøkdel - mindre end 10 procent - af den normale kraft, der er nødvendig for at fjerne den fra traditionelle overflader. Det er meget nemt at fjerne, fordi det kun kontakter overfladen ved spidsen af disse nanostrukturerede funktioner, siger Aizenberg. Det kan fjernes blot ved luftstrømmen.
Nanostrukturerne kan ætses eller støbes til metal, gummi eller andre stoffer, tilføjer Aizenberg, hvis gruppe har søgt patent på metoden og planlægger at kommercialisere den. Det er ikke klart, hvor meget det ville koste at tilføje ismodstand til en given overflade, siger Aizenberg, men hun forudser, at den vil være lav nok til ikke at afskrække brugen af den. Det er også stadig, der skal testes, om en overfladepåføring af nanostrukturerne vil kræve periodisk forfriskning. Hendes team udfører undersøgelser i vindtunneller for at se, hvor holdbare materialerne er, og analyserer deres evne til at modstå høje hastigheder og andre belastninger fra den virkelige verden.
Selvom fly er en oplagt destination for isblokerende materialer, siger Aizenberg, at en anden vigtig applikation ville være i byggeriet. Ophobning af is på tagene kan true deres strukturelle integritet. Tagflader, der trak sig væk fra is, kunne afværge katastrofale kollaps.
Matthew Herman, en bygningsfysiker hos det internationale ingeniørfirma Buro Happold, siger, at isafvisende teknologi ville være yderst nyttig til store bygningsværker. Mange historiske bygninger i New York, Boston og Chicago er bygget ved hjælp af afsatser, siger Herman. De er smukke til at skabe skygge og tekstur, men de tillader sne at bygge op. Til sidst får man nok vand og is siddende på en afsats til, at det kan falde af, og man skal sætte stilladser eller en baldakin op for at beskytte folkene nedenunder.
Howard Stone, professor i mekanik og rumfartsteknik ved Princeton University, siger, at Aizenbergs vidunderlige kreative arbejde præsenterer flere kommercielle muligheder. Han spekulerede på, om påføring af isbestandige materialer ville ændre den aerodynamiske opførsel af en overflade, såsom en flyvinge, men Aizenberg og hendes kolleger har overvejet spørgsmålet i dybden og siger, at aerodynamikken sandsynligvis vil være upåvirket. De planlægger at offentliggøre disse data i et kommende papir.