Paviršiai, apsaugantys nuo ledo

Ledas yra pavojingas žiemos gyvenimo faktas, kenkiantis keliams, komunalinėms linijoms, pastatams ir oro transportui. Įprasti ledo pašalinimo būdai, tokie kaip tiesioginis kaitinimas, druskos naudojimas ar tirpimui skatinančių cheminių medžiagų naudojimas, visi turi tam tikrų įsipareigojimų: jie gali sugadinti medžiagas, ant kurių yra užtepama, ir pakenkti aplinkai, be to, jie yra tik nedideli laikinai galioja. Tačiau Harvardo mokslininkai teigia sukūrę medžiagas, kurios visų pirma gali užkirsti kelią ledo susidarymui ant paviršių.

Laikykite ledą: Įprasti paviršiai leidžia ledo lašeliams (kairėje) sugriebti ir suformuoti lakštus (centre), tačiau nanoskalės šiurkštumas paviršiuje neleidžia ledui susidaryti.

Tyrėjai teigia, kad jų proveržis buvo paskelbtas naujausiame numeryje ACS nano , galėtų būti taikomas ne tik aviacijai, bet ir kelių asfaltavimui, statybai, energijos perdavimui ir praktiškai bet kuriai kitai pramonės šakai, kuriai cheminis ir fizinis ledo šalinimas kelia susirūpinimą. Mes norime, kad ledas visiškai nesusidarytų, sako Joanna Aizenberg, medžiagų mokslininkė ir projekto vadovė.

Ši istorija buvo mūsų 2011 m. lapkričio mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Kai besiformuojantis ledo lašelis atsitrenkia į įprastą paviršių, jis išsiskleidžia ir sugriebia, tapdamas pagrindu daugiau lašelių kaupti ir galiausiai ledo lakštą. Tačiau Aizenbergo paviršiai yra labai hidrofobiški, o tai pažodžiui reiškia labai bijoti vandens. Juose yra mikrono dydžio geometrinių raštų, įskaitant stulpelius, plytas ir kitas konstrukcijas, dėl kurių lašeliai atšoka prieš jiems prilipdami. Pagrindinis bruožas yra tas, kad mes projektuojame šias konstrukcijas taip, kad jos būtų beveik be trinties, – aiškina Aizenbergas. Lašeliai efektyviai nukreipiami prieš susiformuojant ledui.

Atlikdama bandymus Aizenberg ir jos kolegos išsiaiškino, kad jų medžiagos priešinasi ledo kaupimuisi tol, kol temperatūra nukrenta iki maždaug -30°C. Tai daug šalčiau nei beveik bet kurioje pramoninėje aplinkoje, pažymi ji. Net ir esant itin žemai temperatūrai, kai ledą atstumiantis elementas pradeda nykti, dar ne viskas prarasta. Susidaręs ledas turi silpną sukibimą, todėl jam reikia nedidelės dalies – mažiau nei 10 procentų – normalios jėgos, reikalingos jam pašalinti nuo tradicinių paviršių. Jį labai lengva nuimti, nes jis liečiasi su paviršiumi tik šių nanostruktūrinių ypatybių galiukuose, sako Aizenbergas. Jis gali būti pašalintas tiesiog oro srautu.

Nanostruktūros gali būti išgraviruotos arba suformuotos į metalą, gumą ar kitas medžiagas, priduria Aizenbergas, kurio grupė kreipėsi dėl metodo patento ir planuoja jį komercializuoti. Neaišku, kiek kainuotų padidinti tam tikro paviršiaus atsparumą ledui, sako Aizenberg, tačiau ji prognozuoja, kad jis bus pakankamai mažas, kad neskatintų jo naudoti. Taip pat dar reikia išbandyti, ar nanostruktūrų paviršiui pritaikyti reikia periodiškai atnaujinti. Jos komanda atlieka tyrimus vėjo tuneliuose, siekdama išsiaiškinti medžiagų patvarumą, analizuodama jų gebėjimą atlaikyti didelius greičius ir kitus realaus pasaulio įtempius.

Nors lėktuvai yra akivaizdi ledą blokuojančių medžiagų paskirties vieta, Aizenbergas sako, kad kitas svarbus pritaikymas būtų statybose. Ledo kaupimasis ant stogų gali kelti grėsmę jų konstrukciniam vientisumui. Stogo paviršiai, kurie atsitraukė nuo ledo, gali užkirsti kelią katastrofiškoms griūtims.

Tarptautinės inžinierių firmos „Buro Happold“ statybų fizikas Matthew Hermanas sako, kad ledą atstumianti technologija būtų itin naudinga dideliems statiniams. Daugelis istorinių pastatų Niujorke, Bostone ir Čikagoje yra pastatyti naudojant atbrailą, sako Hermanas. Jie puikiai tinka sukurti šešėlį ir tekstūrą, tačiau leidžia kauptis sniegui. Galų gale jūs gaunate pakankamai vandens ir ledo, sėdėdami ant atbrailos, kad jis gali nukristi, ir jūs turite pastatyti pastolius arba stogelį, kad apsaugotumėte žemiau esančius žmones.

Howardas Stone'as, Prinstono universiteto mechanikos ir kosmoso inžinerijos profesorius, sako, kad nuostabiai kūrybingas Aizenbergo darbas suteikia daugybę komercinių galimybių. Jis svarstė, ar ledui atsparių medžiagų naudojimas nepakeis paviršiaus, pavyzdžiui, lėktuvo sparno, aerodinaminės elgsenos, tačiau Aizenberg ir jos kolegos nuodugniai apsvarstė šį klausimą ir teigia, kad aerodinamika greičiausiai nebus paveikta. Šiuos duomenis jie planuoja paskelbti būsimame dokumente.

paslėpti